Взлёт 2006 11

ЗВЕЗДНО-ПОЛОСАТОЕ «СОЗВЕЗДИЕ»

Алина ЧЕРНОИВАНОВА

Фотографии и иллюстрации НАСА

В январе 2004 г. президент США Джордж Буш обнародовал свое амбициозное «Новое видение» будущих космических исследований страны. В тот момент многие недооценили поставленные им задачи, назвав их политизированными, недостижимыми и ненужными. В США приближались очередные президентские выборы, и стремление Буша вернуть США на Луну, а затем покорить Марс, показались лишь ловким пиар-ходом. Но Буш выиграл, а его «Новое видение» получило ход. С тех пор прошло чуть более двух с половиной лет. НАСА пока не добилось от Конгресса должного финансирования для реализации целей в поставленные Бушем сроки. Тем не менее, работы по «Новому видению» идут полным ходом. Судя по всему, к 2020 г. США, затратив более 100 млрд. долл., вполне смогут вернуться на Луну, а затем – устремиться в сторону Марса.

На чем же американцы будут реализовывать грандиозные космические амбиции своего президента? Как известно, эксплуатацию легендарных космических челноков «Спейс Шаттл» планируется завершить примерно в 2010 г. (см. «Взлёт» №3/2006, с. 45), а других пилотируемых космических кораблей у США сейчас нет. Поэтому разработке корабля нового поколения и средств его выведения на орбиту в Америке придается первостепенное значение. Технические требования к новой американской космической системе были сформулированы чуть менее двух лет назад, в декабре 2004 г. А совсем недавно, в конце этого лета, будущие американские средства покорения вселенной обрели звучные собственные имена.

Вверху: на церемонии объявления победителя тендера НАСА на разработку и постройку будущего американского пилотируемого космического корабля CEV в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне, 31 августа 2006 г. Слева направо: руководители директората космических систем НАСА Скотт Горовитц и Дуг Кук, руководитель проекта CEV Карис Хэтфилд и руководитель программы «Констелейшн» Джефф Хэнли с моделью корабля «Орион» В заголовке: «Орион» на околоземной орбите приближается к МКС Внизу: ракеты-носители по программе «Констелейшн»: «Арес-1» (справа) и «Арес-5» (слева)

Соединенные Штаты известны своей страстью давать различным государственным программам, военным операциям и технике яркие запоминающиеся названия. Это, конечно, не лишено смысла: звучное имя придает проекту дополнительный вес. Причем нередко после его завершения в памяти остается не столько сама суть события, сколько его красивое название. Что ждет новую программу развития американской космонавтики, разработанную в соответствии с требованиями «Нового видения космических исследований США» Джорджа Буша, пока сказать сложно. Но одно уже точно понятно: НАСА подобрало названия в свойственной американцам манере. Программа получила имя «Констеллейшн» – «Созвездие» (Constellation), а ее основные составляющие – не менее громкие и символичные имена «Арес», «Орион» и «Артемида».

Итак, космическая транспортная система нового поколения, которую разрабатывает НАСА, предполагает пять составляющих: два новых типа носителей (в черновом варианте именовались Crew Launch Vehicle и Cargo Launch Vehicle), сам пилотируемый корабль (Crew Exploration Vehicle, CEV), отдельная разгонная ступень с системой спасения и лунный модуль. Выбору названий для этих составляющих агентство придало немалое значение, поэтому, когда были озвучены имена ракет-носителей, а вслед за ними корабля и лунного модуля, оставалось только порадоваться работе пиар-специалистов НАСА.

Как рассказали представители агентства, в качестве названий рассматривались имена римских и греческих богов и других персонажей античной мифологии, а также названия созвездий. Однако окончательный выбор, во всяком случае для носителей, был очевиден. В минувшем июне ракеты получили имена в честь греческого бога войны Ареса – аналога древнеримского Марса. Это еще раз подчеркнуло стремление США с помощью новой транспортной системы рано или поздно покорить четвертую планету Солнечной системы. В то же время НАСА умышленно провело аналогию со знаменитой лунной программой «Аполлон»: носитель под пилотируемый корабль был назван «Арес-1» (Ares I) , а тяжелый – «Арес-5» (Ares V). «Мы воздаем должное ракетам «Сатурн-1» и «Сатурн-5» программы «Аполлон», – подчеркнул один из руководителей исследовательских систем агентства Скотт Хоровитц.

Не обошлось и без аналогии с программой «Спейс Шаттл». Впрочем, это касается уже технических деталей проекта: местом старта обеих ракет-носителей выбрана пусковая площадка 39В Космического центра им. Кеннеди на мысе Канаверал, откуда сейчас взлетают многоразовые челноки. Хотя это далеко не единственное, что роднит «Арес» и «Спейс Шаттл». НАСА, как и обещало, не стало создавать что-то принципиально новое, а лишь собрало в системе нового поколения достижения предыдущих космических программ США.

К концу лета агентство определилось и с названием будущего пилотируемого корабля. С подачи главы НАСА Майкла Гриффина CEV, неофициально именовавшийся «Аполлоном на стероидах» (он во многом повторяет идеи, воплощенные в кораблях эпохи «Аполлонов», но значительно больше в размерах), был назван «Орионом» – в честь одного из самых ярких созвездий северного полушария. Вполне в духе названия самой программы развития американской пилотируемой космонавтики. А лунный модуль в октябре этого года получил имя «Артемида» – в честь древнегреческой богини охоты.

Ракета-носитель «Арес-1» разрабатывается для выведения в космос пилотируемого корабля «Орион». Как говорят в НАСА, ей предстоит «безопасно и надежно отправлять исследователей к Луне, Марсу и другим пунктам назначения в Солнечной системе». Речь идет о двухступенчатой ракете, на которую будет устанавливаться пилотируемый корабль «Орион», его служебный модуль и система аварийного спасения экипажа (САС). Она будет выводить на низкую околоземную орбиту до 25 т полезной нагрузки. Впрочем, учитывая характеристики ракеты, в агентстве намерены, помимо основной задачи, использовать «Арес I» и для доставки грузов на МКС.

По задумке инженеров, первая ступень легкого «Ареса» – фактически твердотопливный ускоритель многоразового использования, заимствованный из программы «Спейс Шаттл», однако несколько модернизированный. Ускоритель дополняется недавно разработанным адаптером для стыковки со второй ступенью и разделения ступеней во время выхода на орбиту. Вторая же (верхняя) ступень – уже совершенно новая разработка НАСА. Она оснащена двигателем J-2X, работающим на жидком кислороде и водороде. Установка является в некотором роде модификацией мощного двигателя J-2, использованного на верхних ступенях ракет-носителей «Сатурн- 1B» (Saturn 1B) и «Сатурн-5» (Saturn V) эры «Аполлонов», и продолжением J-2S, упрощенной версии J-2, созданной и испытанной в начале 70-х гг., но так никогда и не проверенной в полете.

Специалисты рассчитывают, что уже через 2,5 мин после старта первая ступень сможет выводить ракету на высоту около 60 км – скорость полета к тому моменту будет достигать М=6,1, что больше чем у «шаттлов» за тот же период. На этом этапе произойдет отделение первой ступени, после чего она, как и при стартах челноков, приводнится в Атлантическом океане. Здесь, впрочем, заложено отличие от системы «Спейс Шаттл»: при выведении челноков используются четырехсегментные ускорители, в то время первая ступень «Арес-1» – пятисегментная, более мощная и тяжелая. Учитывая это, американские специалисты для ее успешного возвращения на землю разработали новую трехуровневую парашютную систему. Ее испытания уже идут: этой осенью был протестирован в полете первый парашют – купол диаметром 3,5 м.

Следующий этап полета ракеты полностью зависит от двигательной установки второй ступени. Она выводит пилотируемый корабль на высоту уже примерно 101 км, где в свою очередь происходит отделение второй ступени. Теперь уже двигатели агрегатного модуля корабля поднимают его до круговой орбиты высотой около 300 км. В зависимости от цели полета корабль либо причаливает к космической станции, либо стыкуется с разгонным блоком и лунным модулем для полета на Луну.

Ракета-носитель «Арес-5» предназначена для доставки на низкую околоземную орбиту и на переходную орбиту к Луне «тяжелой техники», а также грузов с провизией, водой и всем необходимым для жизни экипажей вне земной орбиты. В NASA рассчитывают, что вскоре после возвращения американцев на Луну эта ракета будет использоваться в первую очередь для доставки на Селену крупногабаритных конструкций, необходимых для строительства постоянной лунной базы.

Ракета так же, как и «Арес-1», состоит из двух ступеней. Первая ступень компонуется двумя твердотопливными пятисегментными ускорителями (теми же, что используются в качестве первой ступени на «Аресе-1» – за счет подобной унификации НАСА достигает значительной экономии средств) и центральным блоком. Последний включает в себя пять двигателей RS-68 (они успешно используются в программе «Спейс Шаттл» и на тяжелых ракетах-носителях «Дельта-4»), а также топливный резервуар (увеличенная версия внешнего топливного бака «Спейс Шаттла»).

На центральный блок в свою очередь устанавливается переходной цилиндр, состоящий из двигателей разделения и адаптера, а еще выше – верхняя ступень ракеты, названная также ступенью покидания земной орбиты. Она, в свою очередь, компонуется из двигателя J-2X и баков с жидкими кислородом и водородом. И, наконец, наверху ракеты, под защитным обтекателем, размещается лунный модуль, состоящий из посадочной и взлетной ступени.

Схема выведения «Ареса-5» мало чем отличается от стандартной. Основная ступень ракеты выводит верхнюю на низкую околоземную орбиту. Здесь происходит разделение, и включается J-2X – он выводит ступень покидания земной орбиты на круговую траекторию. На этом этапе фактически начинается выполнение основной задачи «Ареса-5». На орбите верхняя ступень вместе с лунным модулем стыкуется с пилотируемым кораблем. Затем вновь включается J-2X, который выводит весь комплекс на траекторию полета к Луне. По выполнении задачи вторая ступень «Ареса-5» отделяется, а астронавты летят на Луну.

Первый испытательный запуск ракеты этого типа должен состояться не позднее 2018 г.

Вверху: РН «Арес-5» со ступенью покидания орбиты Земли и лунным модулем Внизу: РН «Арес-5» на первом этапе полета до разделения ступеней

Общее руководство работами по созданию нового типа ракет-носителей возложено на исследовательский отдел пусковых систем Центра космических полетов им. Маршалла в Хаствилле (Алабама). В то же время разработкой и испытанием их элементов сейчас занимается команда специалистов практически из всех научно-исследовательских центров НАСА, а также сторонние организации по контракту.

В частности, главным подрядчиком агентства по твердотопливным ускорителям стала компания «Эллайент Тексистемз» (Alliant Techsystems) из Юты, которая уже давно работает с ускорителями системы «Спейс Шаттл». Причем в начале октября НАСА сообщило, что расширяет контракт с этой фирмой – прежде всего, увеличивая финансирование работ с 28 до 63 млн долл. до конца этого года. Это позволит приступить к предварительным летным испытаниям ракеты «Арес-1» не позже апреля 2009 г. Контракт заключен по типу «оплата издержек производства плюс периодические премии», отмечает пресс-служба НАСА.

Подрядчиком по J-2X и RS-68 выступает известный изготовитель ракетных двигателей – «Пратт Уитни Рокетдайн» (Pratt amp; Whitney Rocketdyne) из Калифорнии.

Катастрофа космического челнока «Колумбия» в феврале 2003 г. стала сильнейшим ударом по красивой американской идее многоразовых космических кораблей, по крайней мере на данном этапе развития. Система «Спейс Шаттл» оказалась не просто дорогостоящей, но и далеко не безопасной. В условиях новых целей, которые поставил Джордж Буш, перед НАСА встала задача создания нового пилотируемого корабля – не менее надежного и экономичного, чем российский «Союз». Причем в самые короткие сроки. Не удивительно, что агентство решило реабилитировать проект «Аполлон», переработав его с учетом нынешних реалий.

Базовые требования по проекту пилотируемого корабля НАСА выработало к 9 декабря 2004 г., и 21 января 2005 г. был объявлен соответствующий тендер, а в марте того же года агентство представило заключительное техническое задание – с тем, чтобы к маю претенденты смогли представить свои предварительные проекты. Первоначально планировалось, что итоги тендера будут подведены 1 сентября 2008 г. Однако весной прошлого года НАСА решило ускорить работы по пилотируемому кораблю, а заодно сэкономить около 1 млрд. долл., выделяемых на финансирование конкурсных работ.

В итоге, в июне 2005 г. агентство определило двух главных претендентов на выполнение заказа. Ими стали крупнейшие предприятия американской аэрокосмической промышленности: корпорация «Локхид Мартин» (Lockheed Martin) и «союз» корпораций «Нортроп Грумман» (Northrop Grumman Systems) и «Боинг» (Boeing). С ними был заключен контракт на создание конкурсных концепций максимальной стоимостью 60 млн долл., из которых 17,5 млн долл. выделялось на основной этап работ – с 31 марта по 31 августа 2006 г. При этом, корректируя соглашения этой весной, НАСА не исключило, что тендер может быть продлен до 31 октября и даже до 31 декабря этого года.

Тем не менее, тринадцати месяцев оказалось достаточно, чтобы агентство определилось с главным подрядчиком по «Ориону». «Компания, выигравшая тендер, возьмет на себя ответственность за американский пилотируемый космос на весь следующий век и даже больше», – сказал вице-президент Ассоциации аэрокосмической промышленности США Стивенс (J.P. Stevens). Надо отметить, аналитики были почти уверены: многомиллиардный заказ получат «Нортроп Грумман» и «Боинг». Во всяком случае, это казалось вполне логичным: обе компании были исторически связаны с эпохой «Аполлонов». К тому же, их конкурент, «Локхид Мартин», занимался в основном беспилотными миссиями НАСА, а создание корабля X-33 на смену «шаттлам» по заказу НАСА от 1996 г. компания и вовсе провалила из-за технических сложностей.

Однако НАСА рассудило иначе, отдав предпочтение именно «Локхид Мартин». Эксперты тут же вспомнили, что корпорация все чаще выигрывает тендеры Пентагона, да и вообще пользуется особым вниманием со стороны администрации президента. Как бы то ни было, 8 сентября этого года компания подписала с НАСА семилетний контракт стоимостью 3,9 млрд. долл. на разработку «Ориона» и строительство двух кораблей для обслуживания МКС. В том же документе оговорено, что при успешном выполнении требований первого контракта, 8 сентября 2009 г. корпорация получит следующий заказ стоимостью еще 4 млрд. долл. – теперь уже сроком до 2019 г. Впрочем, по мнению независимых экспертов, конечная стоимость заказа в следующее десятилетие все равно значительно превысит заявленную сумму. Она может достигнуть и перевалить за 18 млрд. долл. – примерно столько же, во сколько обошлось США строительство «Аполлонов» с учетом инфляции.

ЖРД J-2X, который будет применяться на верхних ступенях РН «Арес-1» и «Арес-5», на стендовых испытаниях.

Модель РН «Арес-1» длиной 420 мм для испытаний в аэродинамической трубе Космического центра НАСА им. Маршалла.

Масштабная модель CEV готовится для испытаний в аэродинамической трубе Исследовательского центра НАСА им. Эймса