Многоразовые транспортные космические корабли

Развитие космической технологии в научно-исследовательских, прикладных и военных целях поставило вопрос о снижении затрат по доставке грузов на космические орбиты при возрастающих их объемах, Ответом на этот вопрос стало создание многоразовых транспортных космических кораблей, в которых вся конструкция или её часть используется многократно.

Трудности в возврате космического корабля на Землю определяются огромными аэродинамическими и тепловыми нагрузками, которые возникают при торможении его в атмосфере. Для сохранения всего космического корабля потребовались принципиально новые решения: вместо баллистического спуска переход на планирующий спуск корабля с использованием аэродинамического качества. Поэтому космический корабль приобрел форму космического самолета, а для борьбы с нагревом потребовалось защитить всю конструкцию корабля-самолета специальным теплоизоляционным покрытием.

Конечно, такая конструкция корабля намного тяжелее и дороже. Экономический эффект может быть достигнут только в случае многократного его использования, но в немалой степени зависит и от значимости работ, выполняемых космическим кораблем.

Таким образом, появился новый тип сложных многократно используемых космических аппаратов, обеспечивающих доставку на космические орбиты экипажа и грузов, длительное пребывание на орбите с выполнением рабочих операций, а затем возвращение на Землю. Эти аппараты получили название многоразовых транспортных космических кораблей (МТКК).

МТКК могут иметь различные конструктивные схемы:

— одноступенчатые самолетные. Вся конструкция корабля приобретает очертания самолета, разгоняемого до космических скоростей, возвращаемого на Землю, (примером является проект английского МТКК «Хотол» (HOTOL));

— двухступенчатые самолетные, состоящие из разгонщика и орбитального самолета (немецкий проект «Зенгер» (Sanger), рис. 2.21 и российский «МАКС»), рис. 2.22. Оба самолета возвращаются на базовый аэродром (рис. 2.22), МТКК «Гермес-АРИАН», Франция (рис. 2.23);

— комбинированные многоступенчатые, в которых разгон космического самолета осуществляется ракетными ускорителями: «Буран-Энергия» СССР (рис. 2.24), МТКК «Спейс-Шаттл» (Space Shuttle) США (рис. 2.25).

б

Рис. 2.21. Общий вид двухступенчатого МТКК самолетной схемы «3енгер»

Рис. 2.22. Двухступенчатого МТКК МАКС

Рис. 2.23. Орбитальный самолет «Гермес», Франция/ЕКА, 1979-1994

Рис. 2.24. Общий вид МТКК ракетно-самолетной схемы «Буран-Энергия»:

1 —главный блок РН «Энергия»; 2 —боковой блок жидкостного ускорителя;
3 — воздушно-космический самолет «Буран»

Рис. 2.25. Общий вид МТКК ракетно-самолетной схемы «Спейс-Шаттл»:

1 — воздушно-космический самолет; 2 —грузовой отсек; 3 —крылья с воздушными рулями; 4 —твердотопливный ускоритель; 5 — сбрасываемый баковый отсек

Рис. 2.25. Внешнее сравнение двух МТКК: «Спейс-Шаттл» и «Буран-Энергия»

Конструкция многоступенчатых МТКК состоит из орбитального корабля самолетной схемы и ускорителей. Старт МТКК осуществляется в вертикальном положении при одновременной работе всех ракетных двигателей. Разгон МТКК с выходом на расчетную высоту осуществляется двигателями орбитального маневрирования корабля. Этим же двигателем производится и торможение орбитального корабля для его возвращения на Землю. Пологий спуск в атмосфере проходит при выключенных двигателях и совершается на посадочную полосу с помощью колесного шасси.

Возможности МТКК во многом определяются способностью выносить на орбиты в грузовом отсеке корабля крупногабаритные грузы различного назначения. В качестве полезных грузов могут быть научные лаборатории, космические телескопы, спутники, конструкции орбитальных станций и др. Эти же грузы могут быть сняты с орбиты с помощью манипулятора и возвращены на Землю в грузовом отсеке (например, для ремонта). На орбитальном корабле имеются все необходимые условия для работы и нахождения экипажа.

Для обеспечения орбитального маневрирования и управления пространственным положением корабля применяются блоки носовых и кормовых двигателей маневрирования, системы ориентации и стабилизации.

Для орбитальных кораблей особые проблемы возникают при их торможении в атмосфере, когда температура в критических областях носка и передних кромок крыла достигает 1250...1500°С. Это требует применения в конструкции корабля высокопрочных покрытий на основе композиционных материалов.