Как ракета осуществляет посадку

Обновлено: 02.07.2024

Считается, что технологии всегда развиваются постепенно, от простого к сложному, от каменного ножа к стальному – и лишь затем к фрезерному станку с программным управлением. Однако судьба космического ракетостроения оказалась не столь прямолинейной. Создание простых, надежных одноступенчатых ракет долгое время оставалось недоступным для конструкторов. Требовались такие решения, которых не могли предложить ни материаловеды, ни двигателисты. До сих пор ракеты-носители остаются многоступенчатыми и одноразовыми: невероятно сложная и дорогостоящая система используется считаные минуты, после чего выбрасывается.

На полпути

По большому счету, ракетная техника пыталась обойтись одной ступенью еще с самых ранних проектов. В первоначальных набросках Циолковского фигурируют именно такие конструкции. Он отказался от этой идеи лишь позднее, поняв, что технологии начала ХХ века не позволяют реализовать это простое и элегантное решение. Вновь интерес к одноступенчатым носителям возник уже в 1960-х, и такие проекты прорабатывались по обе стороны океана. К 1970-м в США работали над одноступенчатыми ракетами SASSTO, Phoenix и несколькими решениями на базе S-IVB, третьей ступени РН Saturn V, которые доставляли астронавтов на Луну.

Сопротивление материала

Углепластиковые материалы, необходимые для полностью многоразовых и одноступенчатых ракет, применяются в аэрокосмической технике еще с 1990-х. В те же годы инженеры компании McDonnell Douglas оперативно приступили к реализации проекта Delta Clipper (DC-X) и сегодня вполне бы могли похвастаться готовым и летающим углепластиковым носителем. К сожалению, под давлением Lockheed Martin работа над DC-X была прекращена, технологии переданы NASA, где их пытались применить для неудачного проекта VentureStar, после чего многие занятые этой темой инженеры перешли на работу в Blue Origin, а сама компания была поглощена Boeing.

Вертикальная посадка

Осесимметричная конусообразная форма не только позволяет облегчить теплозащиту, но и обладает хорошей аэродинамикой при движении на очень больших скоростях. Уже в верхних слоях атмосферы ракета получает подъемную силу, которая позволяет ей не только тормозить здесь, но и маневрировать. Это, в свою очередь, дает возможность совершить необходимые маневры на большой высоте, направляясь к месту посадки, и в дальнейшем полете останется лишь завершить торможение, скорректировать курс и развернуться кормой вниз, используя слабые маневровые двигатели.

Отложенный старт

Углепластиковая ракета ожидает лишь масштабного старта, при получении необходимой поддержки конструкторы готовы уже через шесть лет начать летные испытания, а через семь-восемь – приступить к опытной эксплуатации первых ракет. По их оценкам, для этого требуется сумма менее $2 млрд – по меркам ракетостроения совсем немного. При этом возврата инвестиций можно ждать уже через семь лет использования ракеты, если количество коммерческих пусков сохранится на текущем уровне, или даже за 1,5 года – если оно будет расти прогнозируемыми темпами.

Александр Вавилин Образование: Челябинский государственный университет Работа: ведущий инженер-конструктор проектного отдела ГРЦ им. Макеева

Чушь — эта статья. Превозносить посредственность и безделье, чем "Корона" всегда и была, есть откровенная низость. Вам лапшу на уши десятилетиями вешают, а вы и рады.

Уже во вступлении ложный посыл: "До сих пор ракеты-носители остаются многоступенчатыми и одноразовыми". На момент выхода статьи уже было осуществлено как минимум 2 успешных посадки на собственных двигателях первой ступени многоступенчатой ракеты и объявлено, что ремонтно-восстановительные работы для таких ступеней стоят менее 50% полной стоимости такой ступени, а также полным ходом идёт подготовка к возврату таким же образом 2х ступеней. Естественно, гораздо интереснее (в глазах "своего" обывателя и финансового донона - государства) иметь позицию "я д`артаньян, а все вокруг ***". Потому признавать, что вполне конкретная коммерческая компания США совершила не бумажный, а вполне натуральный технологический прорыв приходится где-то мелким штрифтом на 3й странице материала, после представления своих, практически бессмысленых, "прожектов" и своего "экспертного" мнения, что эти самые повторные запуски - жутко дорогие, бесперспективные и вообще нескрепные, наверное. А то, что SpaceX - сугубо коммерческая компания и ни болтика, ни винтика не поулучила ни от кого бесплатно (в отличие от господ из "им. Макеева", потративших на непонятно что (летают то по прежнему Союзы 70х годов разработки) сотни миллиардов полновесных средств налогоплательщиков), так это неважно. Оне же "д`артаньяны"!

Запуск в космос всегда динамичен. Ревущий старт, огромный факел огня, затихающий гром в небе. Первая ступень отработала и отделилась, отработала следующая, эстафета ускорения закончилась достижением орбитальной скорости на нужной высоте. Пуск ракеты завершен, заняв всего восемь – десять минут. Но выведение на этом не заканчивается. В работу вступает особая, космическая ступень. Именно она поднимает орбиту на большую высоту, начинает межпланетное путешествие, и решает много других задач. О ее сложной работе и больших возможностях – в нашем материале.

Чисто космическая конструкция

Космическая ступень — это небольшой маневровый локомотив, таскающий грузы по рельсам орбит, переводя их на те или иные направления в пространстве и задавая нужную скорость на этих путях. Названия его разнятся. Разгонные блоки называются иногда космическими буксирами. Семантическая разница трудноуловима; ведь работа космического буксира и есть разгон груза или его торможение (то есть разгон в направлении, обратном текущей скорости). Физическая суть работы всех разгонных аппаратов одна: изменение скорости полезной нагрузки.

Он почти в точности повторяет первый шаг, только теперь в апогее. Там разгонный блок снова включает главный двигатель; его работа опять увеличивает движение блока с грузом, добавляя скорость в попутном направлении. Это теперь поднимает уже перигей на противоположной стороне орбиты. Когда перигей достигает высоты апогея в 20 000 км, двигатель выключается. Высота перигея и апогея становится одинаковой, они перестают различаться и быть верхней и нижней точками орбиты, а сама орбита становится окружностью на высоте 20000 км над Землей.

Такая схема перехода с одной орбиты на другую называется двухимпульсной и требует двух включений главного двигателя разгонного блока. Эти включения разделены временем путешествия от перигея к апогею (или кратным ему промежутком времени, если двигатель включают не в первое посещение апогея). Точно такой же двухимпульсной схемой и снижают высоту круговой орбиты. Только при снижении оба включения двигателя не разгоняют, а тормозят груженую космическую ступень — реактивная струя двигателя направляется вперед по орбите.

Часто нужно менять наклонение плоскости орбиты к экваториальной плоскости Земли. Например, вывести спутник с наклонений наших средних широт на геостационарную орбиту — то есть перевести в экваториальную плоскость и нулевое наклонение. У работы с наклонениями своя оптимальность: импульсы для изменения наклонения лучше делать в точках пересечения орбитой экваториальной плоскости. Эти точки орбиты называются узлами: восходящий (после которого аппарат уходит выше плоскости экватора) и нисходящий (после которого аппарат уходит ниже плоскости экватора). Причем экономичнее всего давать не один большой импульс в этих точках, а разделять его на несколько меньших включений при нескольких последовательных прохождениях узлов — это сэкономит топливо. Но увеличит число оборотов и время выведения груза на орбиту целевого наклонения.

С чего начинается космос? На Земле он начинается с ревущих гигантов, сотрясающих грохотом старт и затихающих далеким громом в небе. Унося полезную нагрузку к звездам на своих плечах, ракеты-носител.

Включениями главного двигателя и приданием импульсов корректируют и другие параметры орбиты. Поэтому двигательная установка разгонного блока должна обеспечивать несколько включений. А чтобы не растягивать время формирования целевой орбиты, количество импульсов уменьшают до оптимального. И в соответствии с ними возможные включения двигательной установки определяют в пять-восемь раз. Это позволяет выводить полезную нагрузку по выбранной многоимпульсной схеме, дающей экономию топлива, времени, и другие выигрыши.

Помимо многократности включений главного двигателя и массы топлива важна точность формируемого движения. Она достигается работой нескольких систем — система измерения движения, система ориентации в пространстве связки буксир–груз, система управления работой основного двигателя, точный контроль его включения и выключения, и пр. Чем точнее буксир проложит конечную орбиту, тем лучше будет выполнять на ней спутник свою задачу. Или дольше — меньше корректируя орбиту и экономя топливо. Буксир может обеспечивать тепловой режим полезной нагрузки, например, несильно закручивая ее. Тогда под нагрев солнцем и в теневое охлаждение будут попадать попеременно разные участки аппарата, снижая получаемый от Солнца нагрев.

Выведение на геостационарную орбиту — типовая задача разгонного блока. Геостационарные условия лежат на огромной высоте, на расстоянии трех диаметров Земли от поверхности, и в нулевом наклонении. Масса груза, которую туда может вывести разгонный блок, стала мерой возможностей космических буксиров.

Классические разгонные блоки

Ступень разведения, или боевая ступень

Космическая ступень работает и в некосмических ракетах. Это случается на орбитах, часть которых пролегает под поверхностью Земли — суборбитальных траекториях. Физика движения по таким орбитам не отличается от космических орбит, просто скорость движения по ним меньше орбитальных скоростей. Но задача формирования траекторий полезных нагрузок чрезвычайно важна и в этих условиях. Речь идет о межконтинентальных баллистических ракетах с боеголовками индивидуального наведения. Такая ракета способна поразить несколько целей в очень удаленном географическом районе. Цели в этом районе лежат на расстояниях десятков или нескольких сотен километров друг от друга.

Специфика разведения отличается от работы с космическими орбитами. Полет боевой ракеты недолгий и занимает от тридцати до пятидесяти минут, в зависимости от дальности целей. Чтобы за это небольшое полетное время боеголовки успели разойтись в пространстве по своим целям, разведение нужно проводить сразу после выключения двигателя последней разгонной степени. Тем более что по ракете может работать противоракетное оружие противника, и ему сложнее перехватить много уже разведенных отдельных боеголовок, чем одну ступень с неразведенным комом. Оперативность – отличительная черта разведения.

Другая характерная черта — маломощные двигатели и точность разведения. Траектории боеголовок пролегают относительно плотным пучком, направленным в один географический район падения. Поэтому тяга в несколько тонн для ступени разведения не нужна. При малой тяге проще точно дозировать сообщаемый импульс движения, отделяющий одну траекторию от другой. То есть точнее наводить боеголовки, что является ключевым моментом для боевой ракеты. Для повышения точности наведения боеголовок боевая ступень использует достаточно хитрые алгоритмы.

Для управления своим движением у ступени есть шестнадцать реактивных сопел, питаемых газом от четырех пороховых газогенераторов, запускаемых последовательно. Четыре сопла расположены на стороне с боеголовками, четыре сопла на обратной стороне кольца. Они могут двигать ступень вперед и назад, и ориентировать плоскость кольца в пространстве (задавая углы тангажа и рыскания). Оставшиеся восемь сопел могут закручивать кольцо в ту или другую сторону, управляя креном. Сопла работают постоянно и регулируют реактивное усилие, открывая и перекрывая расход газа вплоть до полного выключения сопла при необходимости.

Теперь ступени нужно отойти от боеголовки, и она сделает это достаточно сложным образом. Отход не должен оказать на боеголовку никакого воздействия, потому что любая прибавка к ее точно выставленному движению накопится в добавочный промах у цели. В космосе (а разведение происходит уже в космическом пространстве) оперативно изменить траекторию можно только реактивной силой, а это факел сверхзвуковой струи из сопла. Ступень включает четыре сопла на стороне боеголовок в режиме малого газа, чтобы ослабить факелы, и потихоньку, как мать от колыбели спящего дитя, отходит назад от боеголовки, чтобы не воздействовать на ее точно выставленное движение.

При этом бортовая система управления ступени оценивает положение отделенной боеголовки относительно четырех сопел, которыми ступень отползает в сторону. Если какое-либо сопло оказывается слишком близко к боеголовке, ступень отключает его, увеличивая мощность трех других сопел. Отойдя на трех соплах на безопасное расстояние, ступень снова включает четвертое сопло. За счет этих ухищрений удается свести к минимуму отклоняющие воздействия газовых факелов сопел на боеголовку в процессе разведения, в результате значительно повышая точность разведения – и боевую эффективность ракеты.

После отхода от боеголовки ступень рассчитывает вторую траекторию, и снова разворачивается боеголовками вперед. Она включает четыре сопла на задней поверхности и энергично разгоняется до параметров следующей траектории, точно выставляя движение по ней — свое и очередной боеголовки. И затем снова поворачивается морковками боеголовок вбок и вниз, к Земле, и отделяет боеголовку. Этот цикл повторяется по числу боеголовок – от 8 до 14 раз, безостановочно и не теряя времени. После отхода ступени от последней боеголовки разведение завершается.

Как мы видим из этого примера, работа ступени разведения достаточно непростая; она может быть построена по разным алгоритмам и облекаться в разные воплощения в металле. Ступени разведения боевых ракет столь же разнообразны по своим параметрам, конструктивным и компоновочным решениям, как и космические разгонные блоки. Энергетика боевых ступеней намного меньше, зато намного выше оперативность и точность их работы. Но при этих отличиях от космических ступеней они выполняют принципиально ту же задачу – изменение текущего движения и перевод груза на целевую траекторию.

Новые разработки, новые поколения

Одновременно происходит миниатюризация космических аппаратов благодаря развитию технологий. Совмещаясь с ростом количества космических игроков, она приводит к увеличению количества полезных нагрузок в одном запуске. И вовсе не все они занимают одну и ту же орбиту. Запуск одной ракетой большого количества спутников, иногда на разные орбиты и группы орбит, повышает востребованность в эффективном процессе разведения, и в конструкции, осуществляющей это разведение. Это хорошо иллюстрируют два недавних примера.

Запустить космический телескоп James Webb хотят 18 декабря. До этого старт неоднократно переносили — в том числе из-за пандемии коронавируса.

Вертикальный взлет, вертикальная посадка ( ВТВЛ ) - это форма взлета и посадки ракет. Облетело несколько аппаратов ВТВЛ. Самая известная и коммерчески успешная ракета VTVL - первая ступень Falcon 9 компании SpaceX .

Технологии VTVL были существенно развиты с помощью небольших ракет после 2000 года, отчасти из-за поощрительных призов, таких как Lunar Lander Challenge . Успешные малые ракеты VTVL были разработаны Masten Space Systems , Armadillo Aerospace и другими.

Начиная с середины 2010-х, VTVL интенсивно развивалась как технология для многоразовых ракет, достаточно больших для перевозки людей . В 2013 году SpaceX продемонстрировала вертикальную посадку на прототипе Falcon 9, поднявшись на высоту 744 метра. Позже Blue Origin ( New Shepard ) и SpaceX ( Falcon 9 ) продемонстрировали восстановление ракет-носителей после возвращения на стартовую площадку (RTLS), а ракета-носитель New Shepard от Blue Origin совершила первую успешную вертикальную посадку 23 ноября 2015 года. после полета в открытый космос и полета 20 Falcon 9 SpaceX, ознаменовавшего первую посадку коммерческого орбитального ускорителя примерно месяц спустя, 22 декабря 2015 года. SpaceX также планирует полностью многоразовую ракету под названием Starship .

Ракеты VTVL не следует путать с самолетами, которые взлетают и приземляются вертикально, которые используют воздух для поддержки и движения, такими как вертолеты и прыжковые двигатели, которые являются самолетами VTOL .

СОДЕРЖАНИЕ

История

Первая ступень Falcon 9 приземлилась 22 декабря 2015 года после вывода коммерческих спутников на низкую околоземную орбиту.

В сентябре 2011 года компания SpaceX объявила, что они попытаются разработать спуск и восстановление обеих ступеней Falcon 9 с помощью капсулы VTVL Dragon .
2012: SpaceX в Grasshopper ракета была VTVL первой ступени ракета - носитель испытания транспортного средства разработаны для проверки различных Низковысотная, инженерные аспекты низкой скорости своего большого автомобиля технологии многократного использования ракеты . В 2012–2013 годах испытательная машина совершила восемь успешных испытательных полетов. Grasshopper v1.0 совершил свой восьмой и последний испытательный полет 7 октября 2013 года, взлетев на высоту 744 метра (2441 фут) (0,46 мили), прежде чем совершить восьмую успешную посадку на VTVL.
2013–2017: DragonFly был прототипом маловысотного испытательного изделия с ракетным двигателем для приземляемой с помощью двигателя версии космической капсулыSpaceXDragon . Они намеревались впоследствии использовать эту технологию на Dragon 2 , их многоразовой космической капсуле второго поколения с экипажем для приземления после возвращения из космоса, а также в системе прерывания запуска . Прототип DragonFly использовался для испытаний движителя на малых высотах в 2014 и 2015 годах. Однако к середине 2017 года разработка была прекращена.
2014: Многоразовая испытательная машина Falcon 9 от SpaceX была примерно на 50 футов длиннее Grasshopper и была построена на их полноразмерном бустере Falcon 9 v1.1 с посадочными опорами летной конструкции и двигателями на газообразном азоте для управления положением ускорителя . F9R Dev1 совершил свой первый испытательный полет в апреле 2014 года на высоту 250 метров (820 футов) перед тем, как совершить номинальную вертикальную посадку.
23 ноября 2015 года, Blue Origin «s New Shepard ракета сделала первую когда-либо успешна вертикальную посадку на следующую необитаемый суборбитальный испытательном полете , который достиг места . Blue Origin готовятся принять команду на New Shephard в июле 2021 года.
21 декабря 2015 года первая ступень 20-го Falcon 9SpaceX совершила первую в истории успешную вертикальную посадку ракеты-носителя орбитального класса после вывода 11 коммерческих спутников на низкую околоземную орбиту с помощью Falcon 9 Flight 20 .
8 апреля 2016 года Falcon 9 компании SpaceX совершил первую успешную посадку на свой беспилотный корабль автономного космодрома в рамках миссии по доставке грузов SpaceX CRS-8 на Международную космическую станцию .
С 2017 года DLR , CNES и JAXA разрабатывают многоразовый демонстрационный образец ракеты VTVL под названием CALLISTO ( совместные действия, ведущие к инновациям в пусковых установках в операциях с возвратом на второй этап).
В январе 2018 года китайская частная космическая компания LinkSpace успешно испытала свою многоразовую экспериментальную орбитальную ракету с успешным вертикальным взлетом и вертикальной посадкой (VTVL).
6 февраля 2018 года SpaceX успешно приземлила два своих первых ускорителя во время демонстрационного полета Falcon Heavy .
В 2018 году ISRO раскрыла подробности об испытательном автомобиле ADMIRE, для которого разрабатывалась площадка для испытаний и посадки. Транспортное средство будет иметь сверхзвуковую ретро-двигательную установку, специальные выдвижные опоры для посадки, которые будут действовать как управляемые стабилизаторы сетки и будут управляться интегрированной навигационной системой, которая будет иметь лазерный высотомер и приемник NavIC.
Испытания на малой высоте VTVL большого 9-метрового (30 футов) диаметра Starhopper , раннего тестового образца для SpaceX Starship , проводились на стартовой площадке SpaceX в Южном Техасе недалеко от Браунсвилла, штат Техас, в июле и августе 2019 года с полетами до ~ 150 м (490 футов) было сделано.
В августе 2020 года SpaceX начала испытания своих прототипов Starship . Все SN5, SN6 и SN15 успешно запустили VTVL и приземлились, в то время как SN8, SN9, SN10 и SN11 были уничтожены из-за неудачной посадки.
20 июля 2021 года, Blue Origin «s New Shepard ракета сделала свою первую когда-либо успешна вертикальную посадку после пилотируемого суборбитального полета. На борту миссии NS-16 находились четыре пассажира , в том числе Джефф Безос .

Технология вертикальной посадки

Технология, необходимая для успешного выполнения ретропульсивной посадки - вертикальная посадка или "VL" в дополнение к стандартной технологии вертикального взлета (VT) первых десятилетий пилотируемых космических полетов - состоит из нескольких частей. Во-первых, тяга должна быть больше веса, во-вторых, тяга обычно должна быть векторной и требует некоторой степени дросселирования . Система навигации должна позволять рассчитывать положение и высоту транспортного средства, небольшие отклонения от вертикали могут вызвать большие отклонения горизонтального положения транспортного средства. Системы RCS обычно требуются для удержания транспортного средства под правильным углом. SpaceX также использует решетчатые плавники для управления ориентацией во время посадки своих ускорителей Falcon 9 .

Также может быть необходимо иметь возможность зажигать двигатели в различных условиях, потенциально включая вакуум , гиперзвуковые , сверхзвуковые , околозвуковые и дозвуковые .

Дополнительный вес топлива, больший бак, посадочные опоры и механизмы их развертывания обычно снижают производительность системы мягкой посадки по сравнению с транспортными средствами одноразового использования при прочих равных условиях. Основное преимущество этой технологии заключается в возможности значительного сокращения затрат на космические полеты в результате возможности повторно использовать ракеты после успешных посадок на VTVL.

Так принято

Некоторые традиции достались современным космонавтам еще от Юрия Гагарина. Например, по дороге к космодрому в день пуска все члены экипажа должны помочиться на правое заднее колесо своего автобуса. Когда-то первый космонавт Земли сделал именно так, объяснив свой поступок тем, что не хочет в космосе испачкать скафандр. Если в экипаже есть женщина, она обычно следует завету Гагарина мысленно. Другие ритуалы - оставлять на двери своей комнаты в гостинице "Космонавт" автограф и садиться в автобус в день старта под песню советского ансамбля "Земляне" - появились не так давно, но соблюдаются неукоснительно. Считается, что неисполнение обрядов чревато неприятностями во время полета. "Вы верите в силу традиций?" - спрашиваю я Юрия Павловича Гидзенко, трижды летавшего в космос. "Я в них не верю - я их соблюдаю", - отрезает он очень серьезно, но через секунду улыбается.

Еще одна обязательная церемония перед полетом - посадка деревьев. "Космическая аллея" во дворе гостиницы "Космонавт" растянулась на весьма значительное расстояние, что не странно: к апрелю 2010 года число только российских космонавтов, побывавших за пределами Земли, составило 108. А деревья сажают не только граждане РФ, а вообще все, кто отправляется в космос с Байконура. В процессе закапывания саженца в землю Михаил Корниенко выясняет, что же из него вырастет. Оказывается - тополь. "Ничего, на даче и не такое сажал", - смеется он. "Я хочу, чтобы мое дерево выросло!" - повторяет Трейси Колдуэлл-Дайсон, налегая на лопату. Окружившие астронавтку журналисты просят ее спеть какую-нибудь песню, - Трейси является солисткой ансамбля астронавтов NASA, - и она очень к месту исполняет "В лесу родилась елочка".

За три дня до старта основной и дублирующий экипажи навещают ракету, которая доставит их корабль на орбиту. Космонавты видят ракету в тот момент, пока техники еще не соединили вместе ее составные части. В следующий раз экипажи встретятся с ракетой уже на старте. Взглянуть на "Союз-ФГ" еще разок не получится - по традиции космонавты не должны видеть свой транспорт в собранном виде вплоть до пуска.

Именно традиции во многом определяют распорядок предполетных подготовительных мероприятий. Пожалуй, самый известный ритуал - просмотр фильма Владимира Мотыля "Белое солнце пустыни". На киносеансе обязательно должны присутствовать и основной и дублирующий экипажи. Многие космонавты за свою карьеру успевают один или несколько раз слетать в космос и/или неоднократно побыть дублерами, так что знают этот фильм наизусть. "Ребята устраивают викторины на знание фильма. Вопросы там, например, такие: "Сколько пуговиц было на рубашке Сухова?" или "Какой пистолет был у Абдуллы?" - рассказывает представитель пресс-службы Роскосмоса Игорь Викторович Затула. Почему космонавтам показывают именно "Белое солнце пустыни", точно неизвестно. По одной из версий, этот фильм кураторы космических миссий рекомендовали изучать как пример блестящей операторской работы - на орбите космонавты нередко готовят видеосюжеты. По крайней мере, именно такую версию изложил когда-то журналистам космонавт Олег Котов, который сейчас находится на орбите.

Рациональное объяснение существует и у многих других космических традиций. Например, обязательная стрижка за день до старта длительной орбитальной экспедиции необходима потому, что в космосе укоротить волосы весьма непросто. Это мероприятие требует использования специального пылесоса и чревато опасными последствиями: плавающие по станции волосы забивают воздушные фильтры и, хуже того, их могут вдохнуть космонавты. А талисман экипажа (обычно это мягкая игрушка), который вешают перед пультом космонавтов, является индикатором невесомости: если талисман начал "плавать" в воздухе, значит, корабль добрался до нее.

"Индикатором невесомости в нашей экспедиции будет плюшевый утенок по имени Квак - мы с Трейси так решили. По-моему, он очень приятного желто-зеленого цвета, успокаивающего - все психологи так говорят", - рассказывает на предполетной пресс-конференции экипажей Александр Скворцов. Квака (или кого-то очень похожего на него) я вижу во время процедуры передачи личных вещей космонавтов для укладки в космический корабль. Это мероприятие проходит следующим образом: несколько специалистов внимательно осматривают каждую вещь и сверяют по таблице ее внешний вид с описанием предметов, одобренных ранее для провоза на станцию. Цель этого досмотра, в частности, состоит в том, чтобы не допустить на станцию "неположенных" вещей (хотя бортинженеру 22-й экспедиции к МКС Максиму Сураеву удалось контрабандой доставить на станцию семена пшеницы).

Поехали

На запуск корабля "Союз ТМА-18" журналисты привезли лидера группы "Земляне" Сергея Скачкова. Планировалось, что он исполнит свою самую известную песню, когда космонавты будут садиться в автобус. Однако в ответственный момент певец оказался не в голосе. Впрочем, Скачков все-таки спел один куплет во время пресс-конференции экипажей.

В день начала своей космической экспедиции экипажи встают задолго до намеченного времени пуска ракеты. За шесть часов до старта они выходят из гостиницы под неизменное "Земля в иллюминаторе видна-а-а" и садятся в автобусы, которые везут их на площадку 254 (МИК космических аппаратов). Там специалисты одевают членов основного экипажа в скафандры - самостоятельно это сделать невозможно. После того как космическая одежда прилаживается к каждому космонавту, он (или она) ложится в некое подобие люльки, которая позволяет техникам проверить работу систем жизнеобеспечения скафандров.

Уже одетые космонавты усаживаются за стол, который отделен от остальной части комнаты стеклом (до самого момента посадки в корабль оба экипажа изолируют от потенциально заразных окружающих). По другую сторону стекла прямо перед экипажами сидят родственники космонавтов, руководство Роскосмоса, NASA и РКК "Энергии", в том числе глава федерального космического агентства Анатолий Перминов, замруководителя NASA по космическим операциям Уильям Герстенмайер и президент "Энергии" Виталий Лопота. Толком поговорить с родными космонавты не могут - им плохо слышно, что происходит в "инфекционной" части комнаты, и, кроме того, родственники сидят далеко от стекла. Неожиданно Трейси Колдуэлл-Дайсон начинает петь грустную песню в стиле блюз.

Родственники общаются с находящимися на станции космонавтами и астронавтами регулярно. Они могут переписываться по электронной почте, разговаривать по телефону и даже по видеофону. Как рассказал член дублирующего экипажа Скотт Келли, NASA бесплатно устанавливает в домах родственников американских обитателей МКС оборудование для видеосвязи. Близкие находящихся на МКС россиян для общения с ними приезжают в ЦУП в подмосковный Королев.

После того как космические "боссы" произносят традиционные напутствия (Перминов наказал Трейси Колдуэлл-Дайсон, для которой нынешняя экспедиция уже вторая, "держать мужиков", летящих в космос впервые), космонавты выходят из здания и садятся в автобусы. В "Соколах", которые специально приспособлены для лежания в ложементе "Союза", ходить прямо невозможно, и космонавты, по выражению руководителя ЦПК и бывшего космонавта Сергея Константиновича Крикалева, передвигаются в позе "усталой обезьяны". В руках у каждого из них небольшие чемоданчики - там находится система жизнеобеспечения скафандров.

Автобусы везут космонавтов на гагаринский старт, где стоит дымящаяся ракета-носитель. Дым - а точнее пар - появляется от того, что в ракету заправляют сжиженный кислород (он служит окислителем топлива). При обычных температурах жидкий кислород испаряется и превращается в газ, поэтому дозаправка кислородом длится вплоть до момента старта. Михаил Корниенко, Александр Скворцов и Трейси Колдуэлл-Дайсон на специальном лифте поднимаются к люку и залезают внутрь. Оставшееся время до старта космонавты и астронавтка проведут в "Союзе", и единственная связь с внешним миром будет осуществляться по радио (иллюминаторы корабля закрыты головным обтекателем).

Наблюдательная площадка, откуда космическое начальство, родственники, журналисты и туристы (тур на запуск стоит от тысячи евро и дороже) следят за запуском, расположена в полутора километрах от гагаринского старта. В кафе рядом с площадкой заходят выпить кофе члены дублирующего экипажа - теперь они свободны от карантина.

Пятнадцатиминутная готовность. Пятиминутная готовность. Минутная. От ракеты отходят обслуживающие фермы - это значит, до старта осталось ровно 40 секунд. Они проходят - на площадке становится шумно от рева, и из сопла ракетных двигателей первой ступени вырываются дым и пламя. На мгновение ракета как бы повисает над стартовой площадкой, а затем столп пламени становится больше, и "Союз-ФГ" поднимается в небо. Очень быстро в воздухе остается только светящееся пятно.

Чуть менее чем через две минуты от ракеты-носителя отделяются двигатели системы аварийного спасения - по счастью, они не понадобились. Еще через четыре секунды происходит сброс первой ступени - и в небе расплывается дымовое облако. Потом ракета сбрасывает створки головного обтекателя (на видеозаписи видно, как в этот момент космонавты начинают щуриться от попавших в корабль солнечных лучей), вторую ступень, хвостовой отсек, и, наконец, корабль отделяется от ракеты-носителя. Это происходит примерно через 600 секунд полета, и только с этого момента старт можно считать состоявшимся. Собравшиеся остаются на наблюдательной площадке до тех пор, пока не услышат, что корабль отделился. После этих слов зрители аплодируют и начинают потихоньку расходиться. Экспедиция к МКС началась.

Космическая отрасль является одной из наиболее высокотехнологичных, и её состояние во многом характеризует общий уровень развития промышленности и технологий в стране. Существующие космические достижения России по большей части основаны на достижениях СССР. На момент развала Советского Союза возможности СССР и США в космосе были примерно сопоставимы. В дальнейшем ситуация с космонавтикой в РФ стала постепенно ухудшаться.

Если не считать услуг по доставке американских астронавтов на Международную космическую станцию (МКС), которые возникли по причине отказа США от дорогостоящей программы Space Shuttle, то Россия во всём уступает США: практически нет успешных крупных научных проектов, сравнимых с отправкой марсоходов, развёртыванием орбитальных телескопов или отправкой космических аппаратов к удалённым объектам Солнечной системы. Стремительное развитие частных коммерческих компаний привело к существенному снижению доли Роскосмоса на рынке космических запусков. Поставляемые в США российские двигатели РД-180 в ближайшей перспективе заменят американские BE-4 от компании Blue Origin.

Перспективные американские пилотируемые космические аппараты SpaceX Dragon V2, Boeing CST-100 и Sierra Nevada Dream Chaser (последний выбыл из конкурса NASA, но вполне может быть реализован в инициативном порядке)

Последней точкой соприкосновения США и России остаётся МКС, срок существования которой подходит к концу. Если не будет реализован какой-либо отечественный или международный проект с российским участием, то пребывание российских космонавтов на орбите станет крайне эпизодическим.

Основным устоявшимся трендом, который в ближайшей перспективе должен привести к существенному снижению стоимости вывода полезной нагрузки на орбиту, является создание многоразовых ракет. В какой-то мере это уже происходит: заявленной целью компании SpaceX является снижение стоимости вывода грузов на орбиту в десять раз, а на текущий момент удалось сбить цену примерно в полтора раза.

Надо понимать, что многоразовое ракетостроение в его существующем виде (с возвратом первой ступени) находится на начальном этапе развития. Судя по тому, какой интерес к этому направлению проявили другие коммерческие компании, направление можно считать крайне перспективным. Прорывом в этом направлении может стать появление двухступенчатой ракеты-носителя (РН) BFR с полной многоразовостью обоих ступеней и ожидаемой надёжностью полётов на уровне современных авиалайнеров.

У российской космической отрасли также имеется несколько проектов многоразовых ракет-носителей разной степени проработанности.

Проект подвергается критике из-за большей сложности и потенциально меньшей эффективности по сравнению с вертикальной посадкой, применяемой в зарубежных проектах. По утверждению Роскосмоса, горизонтальная схема посадки необходима для обеспечения возможности возврата к месту старта, но такая же возможность заявлена и для РН BFR. Да и первые ступени РН Falcon-9 удаляются от места старта не более чем на 600 км, то есть площадки для их посадки вполне можно оборудовать в относительно небольшой дальности от космодрома.

По заявлению разработчика, для выхода на этап опытной эксплуатации потребуется примерно 7 лет и 2 миллиарда долларов, не так уж и много за возможность получения столь революционного комплекса.

С другой стороны, от жидкого водорода, как от ракетного топлива, скорее всего, никуда не деться. Во многих проектах, мне зависимости от того на метане первая ступень или керосине, на второй ступени применяются водород-кислородные двигатели. В этом контексте уместно вспомнить про трёхкомпонентные двигатели, каким, например, является, разрабатываемый Конструкторским бюро химавтоматики (КБХА) двух режимный трехкомпонентный двигатель РД0750. На первом режиме двигатель РД0750 работает на кислороде и керосине с добавкой 6% водорода, на втором – на кислороде и водороде. Такой двигатель может быть реализован и для связки водород + метан + кислород и возможно, что это окажется даже проще, чем в варианте с керосином.

Появление многоразовой ракеты-носителя Falcon-9 показало, что новая битва за космос началась, и мы в этой битве стали стремительно отставать. Можно не сомневаться, что получив односторонние преимущества в космосе США, а возможно, что вслед за ним и Китай, начнут его стремительную милитаризацию. Низкая стоимость вывода полезной нагрузки на орбиту, обеспечиваемая многоразовыми ракетами-носителями, сделает космос привлекательным для инвестиций коммерческого сектора, что ещё сильнее подстегнёт космическую гонку.

В связи с изложенным хочется надеяться, что руководство нашей страны осознаёт важность развития космической техники в контексте если не гражданского, то хотя бы военного применения, и инвестирует необходимые денежные средства в развитие перспективных космических технологий, а не в строительство очередного стадиона или парка развлечений, обеспечив соответствующий контроль за их целевым использованием.

Читайте также: