Спасательные «шлюпки» для МКС

…Ранним утром 12 июля 2002 года из акватории Баренцева моря с борта атомной подводной лодки «Рязань», находившейся в подводном положении, был произведен запуск ракеты-носителя «Волна», созданной на базе баллистической ракеты РСМ-50. Ракета должна была вывести на траекторию полета космический аппарат «Демонстратор-2», разработанный специалистами Научно-исследовательского центра имени Г. Н. Бабакина.

По данным телеметрии, сообщил в тот же день помощник Главкома ВМФ РФ, руководитель пресс-центра Военно-морских сил Игорь Дыгало, полет прошел нормально. Но чуть позже выяснилось, что это не совсем так…

По расчетам, аппарат должен был приземлиться на полигоне Кура на Камчатке, но в заданный район так и не вышел. Почти три недели объединенная комиссия, в которую вошли представители НИЦ имени Бабакина, Российского авиационно-космического агентства, НПО имени Лавочкина. Государственного ракетного центра «Конструкторское бюро имени академика В. П. Макеева», изучала данные телеметрии, а поисковые вертолеты прочесывали район предполагаемого падения аппарата. Тщетно… «Демонстратор-2» исчез так же, как и его предшественник «Демонстратор-1» в 2001 году.

Так закончился июльский этап испытаний новейшей технологии возвращения из космоса с помощью надувных тормозных устройств — IRDI (Inflatable Reentry and Descent Technology). В чем тут дело? Почему так получается? Что это за система такая?.. Давайте попробуем разобраться.

Даже альпинисты знают, что подняться на вершину — лишь часть дела. Причем самая простая. Куда сложнее — благополучно спуститься. Еще труднее вернуться из заоблачных космических вершин.

^{Ракета-носитель «Волна»}

Традиционно для спуска с орбиты применялись и применяются баллистические капсулы «Радуга», «Бор-5» и др. Однако у них есть недостатки. Главное то, что капсулы эти имеют маленький объем грузового отсека и испытывают при спуске значительные перегрузки, что не всегда обеспечивает сохранность содержимого контейнера.

Есть и проблемы с мягкой посадкой. Еще С. П. Королев призывал не летать больше «на тряпках», однако и по сей день ничего лучше парашютной системы приземления (или приводнения) так и не разработано.

В свое время большие надежды возлагались на «челноки» — космические корабли многоразового использования. Однако они не оправдались. Дело в том, что запуск одного шаттла — удовольствие, стоящее примерно 500 миллионов долларов. Это приводит к тому, что доставка одного килограмма груза на орбиту обходится примерно в 2–3 раза дороже, чем с помощью одноразовых ракет-носителей.

В общем, не случайно специалисты всех стран мира ищут надежные и дешевые способы спуска людей и грузов с орбиты. Среди прочего, еще в середине 80-х годов ХХ века специалисты Научно-исследовательского центра имени Г. Н. Бабакина предложили решить проблему входа в атмосферу с помощью так называемых надувных конструкций.

Одна из последних модификаций такой конструкции — аппарат «Демонстратор-2». По словам директора проекта «Надувные тормозные системы» Сергея Алексашкина, в сложенном виде аппарат помещается в защитную капсулу и весит около 145 кг.

После того как ракета выводит его на заданную траекторию, капсула с «Демонстратором» отделяется и сбрасывает защитный кожух. На этом этапе происходит так называемая закрутка устройства вокруг продольной оси со скоростью 70 град./с, что позволяет «Демонстратору» войти в атмосферу под нужным углом. Затем надувное тормозное устройство отделяется от капсулы и начинает собственно процесс торможения.

В рабочем положении «Демонстратор» напоминает перевернутый зонт, состоящий из двух каскадов, которые при вхождении в плотные слои атмосферы наполняются газообразным азотом.

При вхождении в плотные слои атмосферы перед лобовым участком устройства образуется ударная волна, набегающий поток воздуха нагревается до нескольких тысяч градусов. Ученые специально снабдили аппарат жестким теплозащитным покрытием, которое закрывает металлический лобовой экран. Остальные части тормозного устройства сохраняются благодаря гибкой тепловой защите, состоящей из термостойкого покрытия и теплоизолирующего слоя.

Таким образом, удается поддерживать температуру внутри самого аппарата на уровне 25–30 °C. Служебная и научная аппаратура, расположенная в приборном контейнере и предназначенная для исследований и для управления полетом, остается неповрежденной.

Второй надувной каскад наполняется азотом при входе в более низкие слои атмосферы, на высоте 15 км, и обеспечивает снижение скорости к моменту посадки до 15–17 м/с.

Так, побеждая атмосферные силы и используя энергию сопротивления атмосферы, «космический парашют» приземляется в обозначенном месте. Для обнаружения аппарата после его приземления используются радиомаяки, сигнал которых можно поймать, например, с помощью оборудования, установленного на борту поисковых вертолетов.

Одним из достоинств новой технологии является ее относительная дешевизна. Для доставки надувного тормозного устройства на космическую станцию планируется использовать транспортно-грузовой корабль «Прогресс». Он придаст надувному тормозному устройству импульс торможения, затем в определенный момент отстыкуется и будет «затоплен». Производство «Прогрессов» является серийным процессом, что снижает издержки. Кроме того, у «Демонстратора» лучшее соотношение веса полезной нагрузки и веса аппарата. Сегодня на используемых средствах оно составляет 1:4, на «Демостраторе» его можно довести до 1: 1. Размеры надувного тормозного устройства подходят для размещения его на борту космических станций и транспортных кораблей. Диаметр устройства в сложенном виде равен 1 м.

Аппарат с надувным тормозным устройством помимо того, что сможет решить проблему доставки грузов на землю с Международной космической станции, может использоваться и для исследования других планет. Кстати, эта идея фигурировала и в рамках программы «Марс-96», где надувному тормозному устройству отводилась задача доставки научной аппаратуры на поверхность красной планеты. К тому же решится вопрос с возвращением на Землю выработавших свой технический ресурс орбитальных спутников, что даст возможность использовать их вторично после переоборудования или капитального ремонта.

Так все выглядит в идеале. Однако неудачные испытания создали разработчикам серьезные проблемы. Запуск 12 июля был, по сути дела, третьей попыткой отправить в суборбитальный полет спускаемый аппарат с надувным тормозным устройством.

До этого был в целом удавшийся запуск 2000 года. В целом потому что аппарат справился со своей задачей и приземлился на территории Казахстана. Однако его поиски велись в течение недели из-за погодных условий: нелетная погода, к тому же аппарат занесло снежным бураном. Так что судить о том, насколько уцелела нагрузка, оказалось сложным.

Следующий запуск — в 2001 году — оказался неудачным, так как капсула не отделилась от ракеты-носителя и улетела в район падения ступеней ракеты.

По всей вероятности, неудачной надо признать и третью попытку. Окончательного ответа на вопрос: куда делся аппарат? — так и не получили.

Рабочих версий две. Первая — после старта с подлодки могла измениться траектория полета «Демонстратора», и он приземлился вдали от заданной точки. Все-таки военные ракеты к испытаниям мирной техники адаптированы не так уж хорошо.

Однако моряки стоят на своем и утверждают, что ракета вышла в заданный район Камчатки. Тогда приходится брать во внимание вторую версию — аппарат не выдержал сопротивления атмосферы и сгорел.

В общем, так или иначе, на ветер выброшены немалые деньги — стоимость одного пуска оценивается в 10–15 миллионов долларов.

В настоящее время наземные испытания и экспериментальные полеты «Демонстратора» в основном финансирует компания «Астриум». И глава российского представительства компании Хельмут Хофман смотрит на дальнейшее сотрудничество со специалистами НПО им. Лавочкина с известной долей скептицизма. Наши же инженеры полагают, что даже после третьей неудачи сворачивать проект вряд ли стоит. По их мнению, у этой программы огромное будущее. Инвесторов же в крайнем случае можно будет поискать других. Например, к проекту проявляет повышенный интерес Японское космическое агентство.

Ведь, кроме всего прочего, для «парашюта будущего» может найтись и еще одно применение. Космонавт-испытатель Герой России Магомед Толбоев, тот самый, что некогда сопровождал вернувшийся из космоса «Буран» и должен был стать одним из первых его пилотов, во всеуслышание заявил о своем намерении прыгнуть из космоса.

Вместо парашюта отважный испытатель намерен воспользоваться модификацией «Демонстратора». В сложенном виде эта система умещается в чехле размерами с обыкновенный рюкзак, а в раскрытом напоминает волан для игры в бадминтон, только существенно большего размера.

Человек или иной груз находятся внутри «волана», на его дне, представляющем собой нечто вроде прочного надувного многослойного матраса. Во время падения достаточно, как при прыжке с парашютом, дернуть за кольцо, и через секунду автоматически надуваются конус «волана» и подушка на его дне, а человек оказывается внутри лежащим на спине.

Поскольку форма и аэродинамика конуса тщательно рассчитаны, а сделан «волан» из прочного материла с теплозащитной пленкой, то вероятность благополучного спуска весьма велика.

Магомед Толбоев верит в успех своего предприятия, хотя человеку в скафандре и придется влететь в верхние слои атмосферы со скоростью порядка 8 км/с.

«Прежде, конечно, нужно будет провести серию испытаний с манекеном, — говорит испытатель. — На первом этапе манекен с датчиками сбросят с аэростата на высоте 1 км. Второй спуск будет произведен со стратостата, с высоты уже 40 км». И наконец, после изучения опыта первых спусков Толбоев готов и сам совершить подобный прыжок из космоса.

В будущем подобные системы, полагают эксперты, могут быть использованы как для мягкой посадки автоматических зондов на другие планеты, имеющие атмосферу, так и для аварийного спасения экипажей космических кораблей и орбитальных станций.