Некоторое количество времени назад концерн Калашников, насколько мне известно, занялся разработкой новой версии Бурана. Учитывая параметры системы, в первую очередь экономические, думаю, без анализа плюсов и минусов проектов Шаттл и Энергия-Буран, нам не обойтись. Космонавтика вообще - один сплошнной компромисс, попытка получить предельные качества из говна и палок, а что касается выведения на орбиту, где есть чудовищно контрастные условия на различных этапах - так это вообще филигранные антраша над пропастью какие-то...
Иногда роляют совершенные мелочи.
В чем разница Шаттла и Энергия-Буран? Шаттл не был космическим кораблем - это была такая крылатая ракета-носитель. Челнок был существенно необходимой частью системы выведения. В случае комплекса Энергия-Буран носитель - Энергия - был отдельным, а Буран был кораблем. В известном смысле Шаттл был более компромиссным решением. Буран был все равно бесполезен без Энергии, он требовал либо ее, либо аналогичный носитель, а когда еще можно будет разработать нечто подобное? Шаттл же оказался вещью в себе, но не был завязан на другие системы. То, что считалось и считается недостатком Шаттла как системы выведения - низкая весовая отдача, связанная с необходимостью таскать лишние сотню тонн на орбиту - имела и свои достоинства. Ему не нужна была ракета, он сам себе был ракетой.
Теоретически, Буран безопаснее (есть возможность разделения и раздельного спасения челнока), у него лучше весовая отдача (двигатели легче). С другой стороны, Шаттл спасает подъемные двигатели для повторного использования, а Буран нет - двигатели Энергии бьются вместе со ступенями носителя.
В общем и целом, первым источником предлагаемой идеи является попытка объединить лучшее обеих систем.
Второй источник заключается вот в чем. Понимаете, у России появился новый космодром - Восточный. Ну и что? - спросите вы. А то - отвечу я - что он обладает особыми свойствами, отличающими его от Байконура. У него есть районы приземления ступеней в водной акватории... Да, это всегда было у американцев, но в России появилось только с Восточным. Это качественное отличие.
Это мелочь.
Третья проблема вот в чем. После Маска все бредят ракетной посадкой. Однако то, что может делать Маск, собирая пакеты из слабых двигателей, на мощном двигателе сделать невозможно. Ступень при старте ракеты сильно легчает, и для ракетной посадки глубины дросселирования уже не хватает. Если использовать двигатели РД-170 или РД-180, то они не годятся для посадки. Для старта ракеты они хороши, но для посадки не годятся. Слишком мощные...
Как все это соединить вместе (я думаю, калашниковцы тоже задались этим вопросом) так, чтобы и двигатели вернуть, и челнок на орбиту вывести, и чтобы это еще и недорого было?
Заглавной картинкой поставлено изображение из манги "Космический линкор Ямато". Любой, что в курсе космических вопросов, глядя на это изображение, испытывает отвращение. Ну не вяжется двухсредная компоновка корпуса, с надводной и подводной частью, с изотропностью вакуума или хрен с ней - воздушной среды. Фантастика, да и только...
Или нет?
Восточный располагает качественным отличием, у него есть мелочь - водная акватория для приземления (падения) первой и второй ступени...
Две среды. Подводная и надводная часть корпуса.
Я слышу ваше недоумение, прямо чувствую. Американцы за десятки лет ничего особенного такого не выдали, а у них вода под боком всю жизнь, верно? Отвечаю. Отвечаю вам цитатой Иосифа Виссарионовича Сталина, сказанной им авиаконструктору Яковлеву во время постановки задачи на разработку нового истребителя:
А развэ мы амэрыканцы?
Надо. Надо спасти двигатели, которые не могут вернуть ступень, надо получить хорошие коммерческие параметры системы, надо объединить плюсы и минусы, чтобы минусы вычлись, а плюсы остались, систем Шаттл и Энергия-Буран. Вот прямо сейчас. Не сходя с места.
Разве мы амэрыканцы?
Давайте посмотрим на проблемы Шаттла. При старте Шаттла теряются ускорители и бак топлива. Ускорители опускаются на парашютах в океан, их собирали, планировалось повторное использование, но так и не было реализовано на практике. Хорошо - как спасать ускорители, ясно. Давайте посмотрим на отработанные ускорители первой ступени РН Союз после падения:
Да, они разрушены. Но у них нет парашюта, и земля - все же не вода ни разу. Скорость падения недостаточна для полного разрушения, даже при ударе о землю. При падении на воду небольшой модификацией, например, введением парашюта на финальной стадии (200-300 м над поверхностью) с целью ориентации блока носом вниз он просто нырнет в воду, а затем вынырнет (при условии герметичности), и двигатели будут целы. Во всяком случае, ускорители шаттла из воды вытаскивались.
Теперь бак.
Бак, сцуко, здоровый. Баки Шаттла разрушались при неуправляемом падении. Их тоже хотели спасать, но похерили это дело достаточно быстро, несмотря на наличие океана под боком.
Посмотрев на РН Энергия, мы видим примерно то же - легкие ускорители (будущая РН Зенит) и здоровый бак второй ступени. Только на РН Энергия это не просто бак - это вся вторая ступень. С двигателями РД-120. Которые не спасаются, потому что спасти это невозможно (ну так тогда думали).
Как спасти вторую ступень (большой бак)?
Первую ступень с Восточного мы спасти можем приводнением. двигатели тоже спасутся, как спасти вторую???
Давайте сперва разберемся, что такое Большой Бак.
Большой Бак - это очень легкая и очень объемная конструкция. Обладающая избыточным внутренним давлением, и там еще немножко горючее и окислитель плещется. Внутреннее давление препятствует разрушению конструкции (эффект надувного мяча), горючее с окислителем немного мешают, но их можно удалить в высшей точке траектории вакуумированием.
Во время старта количество окислителя и горючего огромно, оно создает во время взлета огромное давление на стенки конструкции. Потому в целях облегчения баки делаются круглыми. Несущая оболочка. Нельзя летать в космос на канистре - она плоская и ее раздует. потому чем округлее бак в плане - тем лучше он работает механически. Бак Шаттла и Энергии - круглый.
Беда круглой формы в том, что она изотропна, и может работать на спуске в аэродинамическом смысле только крайне ограниченным образом.
Чтобы бак спустить с небес на землю - ему нужны крылья или парашют Либо чтобы сориентировать его в полете, либо чтобы погасить скорость. Но крылья тянут вес, парашют тоже, в общем - и к тому же в отличие от крыльев, он неуправляем.
Что делать?
У нас большой легкий корпус (после выработки топлива), мы живем в 21-м веке, сам бог требует, чтобы мы сделали этот корпус летучим. Ну так собственно вот:
НАСА Х-24, аппарат с несущим корпусом практически круглой формы. Пилотировался человеком, садился на ВПП. А вот еще на фото аппараты:
Слева наш знакомый, NASA X-24A, в центре NASA M2-F3, справа NASA HL-10. Все аппараты имеют несущий корпус, все пилотировались людьми и совершали посадку на твердую ВПП в управляемом полете. Ребята, мы с вами живем в 21 веке, у нас есть замечательная штуковина - планирующие бомбы, которые в планировании на высокой скорости летят куда надо и попадают куда надо. У нас уже есть система управления, которая годится для пилотирования огромного пустого объекта обтекаемой формы. И это пилотирование будет успешным, если у нас будет несущий корпус.
Давайте представим себе ракетно-космическую систему с возвращением ВСЕХ компонент. Наша система, как Шаттл или Энергия-Буран, имеет пакетную компоновку. Она состоит из трех компонент. Из ускорителей, из второй ступени, и из космической ступени - разгонного блока с нагрузкой вроде Скифа или космического самолета вроде Бурана. Отличительной чертой нашей системы будет асимметричная форма бака второй ступени (главного бака), а также наличие в составе бака органов управления и системы управления, которые после отработки на старте и отделения позволяют управлять баком, как летательным аппаратом с несущим корпусом.
Асимметричная форма Большого Бака превращает его в полноценный аналог самолета, способный к управляемому снижению и посадке с целью возвращения и повторного использования.
Самолеты НАСА на фото выше садились на полосу. Твердую. Наш бак при старте с Восточного может садиться на воду, там такая баллистика траектории.
Возражение. Даже если допустить, что бак управляется, и даже если допустить, что мы его можем вывести в горизонталь в момент касания, чтобы вертикальная компонента скорости была близка к нулю - все равно сила удара о воду будет крайне высока, бак не выдержит и разрушится. Так?
Нет, не так.
Потому что посадочная скорость определяется отношением массы летательного аппарата к площади крыла. Тяжелый летательный аппарат с маленьким крылом будет иметь высокую посадочную скорость. А легкий аппарат с большим крылом - низкую. Больной Бак - это объект высокого весового совершенства, и после отработки горючего он весит очень мало в отношении к геометрическим размерам. На самом деле посадочная скорость в зависимости от аэродинамического решения может быть крайне низкой. Выше мы видели фото первой ступени РН Союз. Которая не планировала, не управлялась в полете, которая просто грохнулась - и все равно скорость установившегося снижения была недостаточной , чтобы она совсем в блин превратилась. И кроме того - данная ступень вакуумируется в процессе отделения, и не герметична. Она не наддута. У нее нет эффекта надувного мяча.
Вакуумирование с повторным наддувом Большого Бака делает его не тольк легким и летучим, но и прочным. Скорость посадочная у него низкая, масса маленькая, прочность достаточная.
Если большой Бак у нас будет без двигателей - у нас получится супер-Шаттл. Если он будет с двигателями, и будет представлять из себя полноценную ракетную ступень - у нас будет супер-Энергия.
И двигатели вместе со всей второй ступенью будут возвращены для повторного использования.
Маленький момент. При соприкосновении с водой у нас будет достаточно большой почти плоский участок обшивки, принимающий ударную нагрузку. Вмятина нам не нужна, верно? Потому по наружной стенке мы делаем гидролыжу - продольный выступ. В этом выступе у нас будут располагаться магистрали наддува, горючего и окислителя, чтобы масса зря на пропадала (хинт - наклонное расположение днища бака, кому надо поймут). Стенки выступа сыграют роль ребер жесткости, распределяющих нагрузку при соприкосновении с водой вдоль всей конструкции. Этот же выступ у нас будет не только гидролыжей, но и продольным реданом, на котором бак будет скользить, пока не погасит скорость.
Теперь все.
Асимметричная конструкция второй ступени - такая мелочь - делает возможным ее возврат при минимуме дополнительных требований...
Условия обычные.
Journal information