Космический корабль «Орион»
Три года назад вернулся из космоса американский пилотируемый космический корабль «Атлантис», завершив программу Space Shuttle. Американская автоматическая космонавтика добилась за это время впечатляющих успехов, но США все равно было огорчительно, что их астронавтов возят в космос на российских «Союзах». И вот свершилось: 5 декабря свой первый испытательный полет совершил новый космический корабль, «Орион».
Однако внешний вид «новобранца» поразил общественность – новое оказалось удивительно похожим на старое, а точнее, на капсулы программы «Аполлон», летавшие в космос почти полвека назад. Копирование удачных образцов прошлого вполне оправдано для новичков, таких как Китай, или частников из Space X, но непонятно, почему этим путем пошло NASA. Неужели они не могли предложить что-то революционное?
Сходство «Ориона» с «Аполлоном» действительно разительное. Возникает ощущение, что Американское космическое агентство просто увеличило старую, проверенную капсулу и выдало ее за новинку, на которой можно лететь в межпланетные путешествия – на Луну, к астероидам и на Марс. Хотя сразу видно, что в капсуле с емкостью пустого пространства 9 кубометров ни шесть, ни четыре, ни даже один человек не выдержат пятисотдневное путешествие. Это «лифт», который может поднять астронавтов на орбиту, максимум – доставить за трое суток на Луну – и спустить на Землю.
Но не все так просто. NASA учло и свои победы, и опыт трагедий, а также новые возможности, которые открылись в ходе строительства и эксплуатации Международной космической станции. Американцы создали не просто капсулу, а своего рода «точку кристаллизации», вокруг которой может быть построен любой межпланетный корабль или станция.
Олдскульная новизна
Хотя СМИ называют «Орион» межпланетным космическим кораблем, технически правильнее говорить о нем как о многофункциональном пилотируемом корабле, что, кстати, и заложено в полном его названии – Orion Multi-purpose Crew Vehicle. Корабль может доставлять на земную орбиту шесть астронавтов, либо – при более удаленных миссиях – четырех. Также он может использоваться как космический грузовик.
«Орион» состоит из двух частей. Это собственно многоразовая обитаемая капсула «Орион», разработанная и изготовленная по заказу NASA аэрокосмической компанией Lockheed Martin. Вторая часть корабля – служебный модуль, построенный по заказу Европейского космического агентства (ESA) компанией Airbus Defence and Space. Таким образом, «Орион» уже на данном этапе – это совместный продукт американцев и европейцев.
Служебный модуль в отличие от обитаемой капсулы не возвращается на Землю. Он служит двигательной установкой и комплексом жизне- и энергообеспечения капсулы. По сути дела, это переделанный европейский грузовик ATV, который летает к МКС.
Форма «Ориона» действительно очень напоминает форму капсулы «Аполлонов», равно как и корабль Dragon компании SpaceX. Есть общие черты и с российскими «Союзами». Причина проста – форма тут определяется законами физики. Именно она, с одной стороны, способствует наилучшему входу в атмосферу, устойчивому движению в ней и поглощению избыточного тепла с помощью так называемого абляционного теплового экрана. Такой экран в отличие от керамических плиток шаттла «выкипает» в процессе посадки, унося с собой большую часть тепла, выделяемого при торможении о воздух. Сгоревший экран можно легко заменить, готовя корабль к новому полету.
Сходство «Ориона» с предшественником позволило шутникам называть новый корабль «Аполлоном» на стероидах
Корабль имеет гораздо более совершенную систему управления. Однако можно удивиться, узнав, что мощность компьютеров «Ориона» меньше, чем у современных смартфонов. В частности, там используются одноядерные процессоры PowerPC 750FX, которые впервые были выпущены в 2002 году. Однако и процессоры, и вся система гораздо мощнее того, что было, к примеру, на самых последних модификациях шаттлов.
Специалисты старых систем тем, что им нужно обеспечить надежность работы компьютеров при экстремальной вибрации в ходе запуска, при воздействии космической радиации и при широких колебаниях температуры. Тем более красивая компьютерная графика там не нужна. Зато компьютер позволяет отказаться от изрядной части обычных переключателей и датчиков, которые имеют достаточно заметный вес и энергопотребление. И все же около 60 физических тумблеров остается в работе. Никогда нельзя рассчитывать на электронику полностью.
Преимущество нового «Ориона» еще и в том, что в будущем к нему по модульному принципу можно будет присоединить все, что угодно, для выполнения самых разных задач. Образно говоря, «Орион» можно присоединить к МКС или ее частям, добавить к ним модуль с двигателями и улететь с орбиты Земли хоть к Марсу, хоть к астероидам, хоть к Луне. А затем вернуться на нем на Землю. Это и позволяет американским инженерам называть капсулу межпланетным кораблем.
Опыт строительства МКС подтвердил плодотворность идеи строительства больших космических систем на орбите. Потихоньку за 15 лет из одиночного российского модуля «Заря» массой 20 тонн выросла МКС суммарной массой 417 тонн, которая уже сейчас принимает космические корабли шести типов: «Союз/Прогресс», Space Shuttle, ATV, Dragon, Signius и Kounotori. Поэтому программа дальних полетов с «Ориона» вполне реальна, поскольку базируется на уже проверенных достижениях, только в несколько иной их комбинации. В американских источниках подробно «Ориона», ракет-носителей и области применения.
«Орион» против шаттла
Самый интригующий вопрос, который задают люди хоть в малой степени интересующиеся космонавтикой, чем же «Орион» лучше легендарного спейс шаттла? Космический челнок выглядел настоящим прорывом в космос, научной фантастикой, которая стала реальностью. Но, как часто бывает, видимость заслонила реальные проблемы, о которых знали специалисты.
Спейс шаттл создавался в числе прочего как система, которая позволяла бы не только забрасывать людей и полезную нагрузку на орбиту, но и спускать ее с орбиты на Землю, например для ремонта. Масса, которую мог поднять спейс шаттл на низкую опорную орбиту, составляла чуть более 24 тонн, а спустить на Землю – около 14 тонн. Однако таких объектов в космос запускалось не так много, и с развитием технологий спутники стали становиться все меньше и легче. И одновременно надежнее.
На этом рисунке видно, как бы выглядел «Орион», если бы он состыковался с шаттлом
Но каждый раз, когда шаттл отправлялся в космос даже с небольшой полезной нагрузкой, туда уходила и балластная масса груза в виде самого шаттла. К тому же выяснилось, что шаттл не слишком легко подготовить к новому полету. Это оказалось гораздо сложнее, чем подготовить к новому полету рейсовый самолет. Согласно Комиссии по расследованию катастрофы корабля «Челленджер», к 1990 году планировалось запускать по два челнока в месяц.
Однако за три десятилетия было совершено всего 135 запусков, то есть всего на треть больше, чем было запланировано на один год. А еще катастрофы челноков «Челленджер» и «Колумбия» выявили принципиальные, системные проблемы с безопасностью.
Как важно быть наверху
Катастрофа шаттла 29 января 1986 года произошла в активной фазе полета, на 73-й секунде после старта. Причиной ее стало прогорание стенки подвесного бака с водородом и кислородом и последовавший за этим взрыв. Бак же прожгла струя раскаленного газа, которая нештатно вырвалась из уплотнения твердотопливной ракеты-ускорителя.
Экспертиза показала, что по крайней мере трое пилотов пережили взрыв. Но шансов спастись у них не было – шаттл не имел системы катапультирования обитаемого отсека или самих астронавтов. Возможно, они потеряли сознание из-за перегрузок в процессе падения кабины в море или еще раньше – от разгерметизации, и не понимали, что с ними происходит. Эта версия утешает родных и друзей погибших астронавтов.
Однако как на «Аполлонах», так и на «Союзах» система спасения на старте существует. Есть она и на «Орионе». Это своеобразная конструкция в новой части ракеты-носителя. В случае опасности там включаются мощные ракетные двигатели, которые могут унести прочь космический корабль с людьми от зоны взрыва, и он совершит посадку в штатном режиме. В 1983 году на корабле «Союз Т-10-1» случилась такая ситуация. Произошел взрыв ракеты-носителя, но аварийная система сработала как надо, и космонавты Владимир Титов и Геннадий Стрекалов были спасены.
Катастрофа второго шаттла – «Колумбия», случившаяся 1 февраля 2003 года, хотя и произошла во время посадки космического самолета, но причина ее опять же возникла во время разгона. Тогда от подвесного бака отвалился кусок теплоизолирующей пены. Скорость была уже достаточно высокой, и пена, ударившись в нижнюю часть крыла шаттла, оторвала несколько термоизолирующих пластинок. При входе в атмосферу раскаленный воздух прорвался внутрь конструкции шаттла и погубил его. Отсюда был сделан вывод: ничто не должно иметь возможность ударить по термозащитному экрану и вообще по корпусу космического корабля.
Выученные уроки
Так развитие космической пилотируемой техники сделало новый виток. Большое значение тут имела работа, связанная со станциями «Мир» и МКС. Их возведение дало огромный опыт, включая практику работы человека в открытом космосе, выполняющего даже такие сложные работы, как ремонт теплозащитного покрытия шаттла. Канадские манипуляторы «Канадарм-2» и «Декстр», европейский ERA и российский кран «Стрела» стали инструментами самовозведения и обслуживания станции. То, о чем мечтали фантасты, сбылось – выяснилось, что огромные космические объекты могут строить себя сами.
Международное сотрудничество оказалось не только плодотворным в научном и управленческом плане, став школой взаимодействия представителей различных стран, которые даже могут лично не знать друг друга, но и экономически более выгодным. В случае с «Орионом» использование европейского блока ATV упростило задачу конструкторов. Если не вмешаются политики, то очень интересным может быть соединение «Ориона» с российским научно-энергетическим модулем НЭМ.
В идеале широкий выбор различных космических аппаратов позволяет выбирать для заданной программы полета оптимальный вариант: если в космос нужно забросить двух космонавтов, то нет смысла посылать «Орион», а если шесть, то один «Орион» выгоднее, чем два «Союза». Это касается и «Драконов», и любых других кораблей.
В отличие от 60-х годов сейчас уже не только СССР и США могут запускать космические корабли. ЕКА запускает сложные автоматические миссии и грузовые корабли к МКС, Китай готовится к созданию своей космической станции, все активнее работают в космосе Япония и Индия. Но что бы ни строили в космосе, людям всегда потребуется командный центр и, главное, «лифт», чтобы вернуться на Землю. Все начнет строиться от «Ориона».
