Многоразовый транспортный космический корабль

Многора́зовый космический корабль  — космический корабль, конструкция которого предусматривает повторное (многоразовое) использование всего корабля или его основных частей после возвращения из космического полёта. Иногда применяется название «шаттл».


Описание

Посадка первой ступени «Falcon 9»

Многоразовая космическая система — космическая система с орбитальными средствами многократного использования. Многоразовая космическая система может использовать одноразовые и многоразовые, одноступенчатые и многоступенчатые средства выведения, как самостоятельные, так и конструктивно объединенные с орбитальными средствами.[1]:п. 2

Многократно могут использоваться отдельные технические средства космического комплекса. Если ракета-носитель имеет кратность применения более одного раза, то она называется «ракета-носитель многоразового применения»[1]:п. 68. Спасаемыми и многократно используемыми могут быть отдельные элементы конструкции ракеты-носителя. Такими элементами могут быть ступени ракет-носителей, ракетные блоки, ракетные двигатели и т.д.[1]:п. 69

Если космический аппарат имеет кратность применения более одного раза, то он называется «космический аппарат многоразового применения»[1]:п. 120. Отличием от космического аппарата одноразового применения является возможность периодического восстановления ресурса систем и расходных материалов.[1]:п. 119

История

Первый полёт (STS-1) космического челнока «Колумбия»

К настоящему времени только два государства обладают или обладали опытом создания и эксплуатации данного типа космических аппаратов: США и СССР.

В США была построена целая серия больших пилотируемых космических кораблей многоразового использования «Спейс шаттл», этому проекту предшествовало несколько проектов включая X-20 Dyna Soar. Начало работ по созданию системы «Спейс шаттл» было положено 5 января 1972 года, когда президент США Р. Никсон утвердил эту программу НАСА. По расчётам экономистов, стоимость вывода в космос одной тонны груза при использовании челноков должна была быть низка, за счёт многократного использования дорогостоящего оборудования, с помощью челноков можно возвращать спутники с орбиты, осуществлять ремонт спутников в космосе. В США челноки интенсивно использовались (несмотря на катастрофы «Челленджера» в 1986 году и «Колумбии» в 2003 году, которые сильно подорвали планы развития использования МТКК), являясь национальным средством проведения пилотируемых полётов и выведения грузов, средством реализации неотделяемых станций «Спейслэб», «Спейсхэб» и других международных и частных программ, а также одним из основных средств доставки крупногабаритных грузов и экипажей большой численности на МКС. Эксплуатация челноков завершена в 2011 году.

Также, в США имелись такие проекты, как NASP, VentureStar.

В СССР был создан большой корабль «Буран» и проектировались меньшие: «Спираль», ЛКС, «Заря», МАКС, «Клипер»; после распада СССР работы по некоторым из этих проектов продолжились в России. Космическая программа по использованию МТКК «Буран» в СССР и России была свёрнута в связи с невозможностью дорогостоящей эксплуатации аппаратов данного типа в сложившихся экономических условиях.

Используемый в настоящее время в США транспортный корабль «Dragon» является частично многоразовым и имеет многоразовую спускаемую капсулу; повторно при запусках может использоваться и многоразовая первая ступень ракеты-носителя Falcon 9.

Также, в США используется беспилотный многоразовый X-37.

Разрабатываемые корабли в США ( «Dragon V2» «Орион», «CST-100») и России («Федерация») планируются частично многоразовыми и имеют многоразовую спускаемую капсулу. Также, в США разрабатывается многоразовый Dream Chaser.

Многие страны, в частности, страны Евросоюза (в том числе ранее Франция, ФРГ, Великобритания), Япония, Китай, Индия проводили и проводят исследования, направленные на создание собственных образцов космических систем многократного применения («Гермес», HOPE, «Зенгер-2», HOTOL, ASSTS, RLV-TD, Skylon, «Шэньлун», «Сура», «Канко-мару», IXV и т. д.).

Характеристики космической системы

Отличительной особенностью транспортных космических кораблей многоразового использования в настоящее время является то, что для их запуска используются ракеты-носители — например, в Советском Союзе это была «Энергия», которая по своей сути являлась ракетой-носителем особо тяжёлого класса.
В США во время запуска «Шаттла» одновременно используются два твердотопливных ускорителя и двигатели самого орбитального корабля, криогенное топливо для которых поступает из внешнего бака; после выработки твёрдого топлива происходит отделение ускорителей, которые затем приводняются, используя парашютную систему, позднее отделяется внешний топливный бак и сгорает в плотных слоях атмосферы; ускорители используются повторно, но имеют ограниченный ресурс.

Советская ракета «Энергия» могла использоваться для вывода на орбиту особо тяжёлых грузов (элементов космических станций, межпланетных кораблей и пр.) общим весом до 100 тонн.

Проект Rockwell X-30 (работа художника)
Вертикальная посадка аппарата Delta Clipper

Проектируются и МТКК с горизонтальным стартом, например, по двухступенчатой схеме с дозвуковым, сверхзвуковым или гиперзвуковым самолётом-носителем, который выводит космический аппарат в заданную точку (возможен длительный перелёт с дозаправкой в воздухе, к экваториальным областям земного шара, с более благоприятными условиями для запуска), поднимает его на определённую высоту, после чего происходит собственно старт — отделение МТКК (воздушный старт). Затем корабль выходит на опорную орбиту, используя собственные двигатели. В частности, по такой схеме создан суборбитальный космический самолёт SpaceShipOne, совершивший три успешных суборбитальных «прыжка» за 100-километровую отметку, признанную ФАИ границей космического пространства.

Одноступенчатая схема запуска (англ. Single Stage To Orbit, SSTO — «одной ступенью — на орбиту»), при которой воздушно-космический самолёт использует для старта и выхода на орбиту только собственные двигатели, без сбрасываемых ускорителей, или же крупногабаритные внешние топливные баки, большинством специалистов признаётся неосуществимой при современном уровне развития науки и техники. Преимущества такой схемы, в основном в эксплуатации, надёжности и времени подготовки к запуску, в настоящее время не перевешивают затрат на разработку гибридных ракетных двигателей (способных работать и в атмосфере, и в космосе) и сверхлёгких материалов, которые необходимы для создания такого аппарата.

Существуют также проекты многоразовых аппаратов с вертикальным взлётом и вертикальной посадкой на тяге двигателей. Наиболее разработанным (и прошедшим серию испытаний) из них является американские аппараты « Delta Clipper[en]», «Rotary Rocket[en]», японский «RVT[en]».

См. также

Ссылки

Примечания

  1. 1 2 3 4 5 ГОСТ Р 53802-2010 Системы и комплексы космические. Термины и определения