В первом посте этой серии задавали вопросы, чем Буран отличается от Шаттла, является ли он деградированной копией и вообще.
Так что начну с темы Бурана, а почему до сих пор нет замены Шаттлу - оставлю это для третьего поста.
Для ЛЛ: Нет, Буран не копия Шаттла, не деградированная версия и не клон. Они были предназначены для выполнения схожих задач и поэтому имеют схожий внешний вид. Скрытая эволюция. У Шаттла и Бурана общего не больше, чем у акулы и косатки. Транспортная система «Энергия-Буран» появилась не вовремя.
И дисклеймер: фотографии и изображения взяты с сайта buran.ru
Ну а теперь с самого начала.
В Советском Союзе, конечно, знали о программе космических челноков. Есть много теорий, почему вообще решили построить аналог, от глупой обезьяны (типа, у американцев есть что-нибудь хуже нас?), до искреннего опасения, что Шаттл может быть использован как бомбардировщик. Рассматривалось несколько вариантов, некоторые были похожи на "Шаттл", как бы сейчас сказали - до путаницы. К тому же, в отличие от американцев во главе с Максимом Фаге, которые за два года (70-72) проанализировали около 60 различных вариантов компоновки, наши сразу решили "делаем по-Шаттловски".
Это, например, ОС-120-5, один из ранних проектов, набросанных буквально на коленке. Вам это ничего не напоминает? Проблем тогда выявилось чуть больше кучи, особенно проблемы с аэродинамикой - до присоединения к проекту авиационного НПО "Молния" разработка велась НПО "Энергия", которая аэродинамикой всегда занималась по остаточному принципу, но могла и был в состоянии летать рядом хороших вещей с небольшими аэродинамическими качествами. Проще говоря, офис съел собаку на серии летающих кирпичей и утюгов. В итоге проект получился непростым, полная стартовая масса самого ракетоплана составляла 155 тонн, из них только тридцать грузовых, посадочная – 89 тонн. Для сравнения, сам «Шаттл» весит 132 тонны на взлете и 93 тонны на посадке. Поэтому в итоге решением объединённого научно-технического совета ИОМ и Минобороны от 29 июля 1975 года разработчикам сказали всякую чушь, переделать, оптимизировать основные ТТХ и уточнить внешний вид МКС (не Международная космическая станция, а многоразовая космическая система).
Это действительно похоже на перегретый и загруженный космический шаттл. Дополнительные задненижние двигатели - твердотопливные в системе спасения.
Проект был свернут по ряду причин — во-первых, поскольку он был популярен в Союзе — военным хотелось чего-то универсального. А в проекте ОС-120 проявилась главная проблема "Шаттла" - то, что система не могла летать без самого орбитального самолета. Те, кто помнил провал Н-1 и понимал, что все может повториться (потому что уровень якобы технических новшеств был сопоставим), хотели иметь возможность испытать носитель без космоплана.
Отказ от твердотопливных ускорителей тоже был понятен. Во-первых, Советский Союз серьезно отставал от США в вопросе твердотопливных двигателей. Во-вторых, и это было важнее, им приходилось летать на сильно наклоненные орбиты. И чем выше наклонение орбиты, тем выше должна быть скорость аппарата, потому что вращение самой Земли дает все меньший прирост. Тот же шаттл при гипотетическом полете на полярную орбиту (которая проходит через оба полюса, в реальности шаттлы к ней никогда не летали) потерял почти две трети своей грузоподъемности, вытащив не 29,5 тонн - а всего 12. Поэтому мы решили использовать хорошо отработанный керосин + кислород на первой ступени, что дало хороший прирост эффективности. И побочным, но не последним бонусом является снижение риска для корабля.
В то же время перенос двигателей на бак и превращение бака в полноценную вторую ступень позволили облегчить КК - ведь теперь ему нужно нести только собственный вес, нагрузку от Танк больше не будет подходить к конструкции, как если бы он должен был поднимать и себя, и внешний бак своими двигателями, как это делает космический шаттл. Да и военные задались вопросом - зачем делать намного более дорогую конструкцию, если мы только запускаем в полтора раза больше "Протонов"? Стыковку освоили - а два протона еще дешевле. Мы можем поставить десять тонн на перегрузочно-доковое оборудование — и все равно будем в плюсе.
Следующий вариант предлагался смешанный — ОК-92. Фактически - трехступенчатая система, с двигателями как на танке, так и на корабле.
Получилась «помесь ужа с ежом», имевшая недостатки обеих систем, за исключением невозможности запуска носителя в одиночном режиме без ракетоплана, без достоинств.
В итоге - решили сделать правильно - ракетоплан летит отдельно, ракетоплан летит отдельно.
В результате, поскольку не было необходимости нести в космос тяжелые маршевые двигатели, «Буран» превзошел «Шаттл» и по орбитальным возможностям. Система орбитального маневрирования «Шаттла» базировалась на токсичных и высококипящих компонентах — на «Буране» использовались кислородно-керосиновые двигатели ориентации и маневрирования, с довольно приличным удельным импульсом в 362 секунды и возможностью перезапуска до 5000 раз за полет. Шаттл, с другой стороны, имеет гораздо менее эффективные двигательные установки с VR всего 316 секунд (очень мало для полого двигателя). Для «Бурана» были доступны очень высокие уклоны и широкий диапазон траекторий — «Шаттлы» даже для полета на МКС пришлось сильно модернизировать, в том числе использовать сверхлегкий танк. Да и вообще, для Колумбии самый первый шаттл - полет на МКС был на грани допустимого риска - в реальности он к МКС так и не прилетел.
Кормовой «Бурана» с двигателями орбитального маневрирования.
В итоге общего у Бурана и Шаттла - только аэродинамическая схема и габариты.
Так выглядит Буран
А потом - шаттл
Было много проблем в развитии энергетики. Основная проблема в том, что Советский Союз раньше не работал с водородом. Многое пришлось изобретать с нуля, да и вообще энергобак был тяжелее и с худшим совершенством массы (отношение массы пустого бака к массе наполненного), чем даже самый первый танк "Шаттл", и были аж три их версии, и до последней, SLW, суперлегкая - Энергетический бак был как полет на луну.
В то же время водородные двигатели второй ступени «Энергии» РД-0120б в чем-то были совершеннее шаттлов РС-25. В частности, это касалось работы турбонасоса, нагнетавшего кислород и водород в камеру сгорания. На выходе из топливного турбонасоса давление достигало 475 атмосфер. В отличие от одновальных турбонасосов, используемых Rocketdine, советские разработчики использовали двухвальный насос — более сложный и несколько капризный, но исключавший полное проникновение горячего водорода в тракт окисления без каких-либо промежуточных камер гелия. Двигатель оказался удачным - окончательный вариант выдержал 4072 секунды работы без капремонта при 9 перезапусках, один из которых 1202с. Для сравнения, время работы двигателя при полете на наиболее энергозатратную траекторию составляет немногим более 500 секунд.
Первый этап тоже был интересным. Расчеты показали, что для более тяжелого и энергоемкого, даже с использованием четырех боковых блоков, а не двух, как у «Шаттла», нужен жидкостный ракетный двигатель, который будет мощнее F-1 и эффективнее его. В Советском Союзе не было опыта разработки таких двигателей, и все понимали, что разработать камеру сгорания таких габаритов в обозримом будущем не удастся - это можно было сделать только научным тычком, даже сейчас, с суперкомпьютерами, адекватным математическая модель того, что происходит в камере сгорания ракетных двигателей Нет. Бюджеты не позволяли сделать это методом научного жала, а после провала Н-1 Чукотка ждала бы любого, кто предложит мульти- схема двигателя - страна испытывала острую нехватку конструкторов оленьих упряжек. Поэтому в КБ Энергетического Машиностроения, которому поручили разработку, решили пойти на хитрость — сделать двигатель многокамерным. Был опыт постройки многокамерных двигателей в Союзе. Для адаптации двигателя к ограниченному диаметру пошли на хитрость — снова в дело вступили двухвальные комбинированные турбонасосы топлива и окислителя, поставленные вертикально, а камеры сгорания разместили по углам. В двигателе использованы многие разработки РД-253, маршевого двигателя «Протон», несмотря на использование другой топливной пары. В итоге с одной камеры сгорания снималось около 185 тонн тяги - этого было достаточно. Получился двигатель хоть и сложный - но с хорошим удельным импульсом почти 310 с у земли (Ф-1 давал всего 263 с) и надежный, так как нагрузка на каждую камеру была не так велика.
В результате Энергия, собранная по пакетной схеме, получила возможность выводить на орбиту как космический самолет, так и любую другую полезную нагрузку. В этом он сильно отличался от «Шаттла» — «Шаттл» почти всегда летал недогруженным — размеры грузового отсека не позволяли. До аварии «Челленджера» были даже довольно жесткие проекты с полезной нагрузкой поверх танка «Шаттла». Энергия, с другой стороны, может нести с собой что угодно — лишь бы она укладывалась в вес.
Теперь о самом главном — о безопасности. Комплекс "Энергия-Буран" был намного безопаснее "Шаттла". Обе катастрофы, погубившие Челленджер и Колумбию, были просто невозможны с Энергией-Бураном.
Начнем с аварии Челленджера. Как известно, через 60 секунд после старта горячие газы от двигателя окончательно пробили боковую стенку ускорителя и начали прожигать внешний топливный бак. С этого момента до взрыва танка прошло 12 секунд. Представьте, что вместо Челленджера - Буран. Через 60 секунд полета камера сгорания двигателя одного из блоков А разрушается, в бак начинает попадать струя раскаленных газов. Как дела? Система пожаротушения двигателя обнаруживает возгорание в моторном отсеке и начинает продувку моторного отсека фреоном и азотом с расходом 30 кг/с. Так как за две секунды (это 62-секундный полет, бак еще цел, сгорит он только через 64 секунды) пожар не потушен - автоматика глушит двигатель и аварийно сбрасывает окислитель с проблемного блока за борт, зажигая ракету. В принципе, на пределе возможного, даже на трех двигателях из пакета первой ступени «Энергия» могла тянуть «Буран» в низкую одноколейку. Миссия проваливается, но корабль и люди остаются живы и здоровы.
Теперь мы представляем Буран вместо Колумбии. Мог ли пользователь что-то уронить?
Нет, не могло. Энергетический бак не был облицован пеной - поскольку он был менее высокотехнологичен и тяжелее, чем баки "Шаттла", центральный энергоблок не имел внешней оболочки из пенопласта. Падать было нечему.
Ну и последний вопрос - было ли будущее у Энергии-Бурана?
Я так думаю. Этот комплекс был просто неудачным, он появился не вовремя. Появись этот комплекс на десять лет раньше, в 1978 году, огромный грузовой потенциал "Энергии" позволил бы забить "гол престижа" в лунной гонке, "ослабить счет", совершив хотя бы одну пилотируемую посадку.
Если бы Буран появился на десять лет позже, в 1998 году, когда история МКС уже началась - "Буран вполне мог запустить Зарю". И тогда с "Энергией" можно было бы запускать гораздо более крупные и эффективные научные блоки - и сейчас на МКС было бы не пять человек - семь человек, а по десять-пятнадцать. И на Луну, хотя вместе с американцами мы бы уже снова начали летать.
Можно ли сейчас «воскресить» «Буран»? Нет, потому что технологические цепочки разорваны. Вы можете просто создать что-то подобное с нуля. Как минимум - отказ от водорода - пример Маска с его многоразовыми генераторами кислорода-керосина и метана-кислорода показывает, что водород как топливо для ремонтных двигателей просто уже не нужен.
Ниже я запишу два пост-вопроса - о чем следующий пост - почему без Шаттла мы не можем повторить даже МКС или историю Центавра и РЛ-10. Какой пост наберет больше всего голосов, я опубликую следующий.
Больше интересных статей здесь: Наука и техника.
Источник статьи: Буран и Шаттл.