Буран и Шаттл1
В первом посте этой серии накидали вопросов и спросили - отличался ли Буран от Шаттла, был ли он ухудшенной копией и вообще.
Так что начну с темы Бурана, а почему Шаттл до сих пор нечем заменить - оставлю на третий пост.
Для ЛЛ: нет, Буран не копия Шаттла, не ухудшенная версия и не клон. Они проектировались для выполнения схожих задач и потому имеют сходный внешний вид. Ковергентная эволюция. Общего у Шаттла и Бурана не больше, чем у акулы и косатки. Транспортная система "Энергия-Буран" появилась невовремя.
И дисклеймер: фоточки и картиночки тянуты с buran.ru
Ну а теперь с самого начала.
В Советском Союзе про программу "Спейс Шаттл", конечно, знали. Существует масса теорий. почему вообще решили строить аналог, от тупого обезьянничанья (типа, у американов есть, чем мы хуже?), до реальных опасений, что Шаттл могут использовать как бомбардировщик. Рассматривалось несколько вариантов, некоторые были похожи на Шаттл, как сейчас бы сказали - до степени смешения. Вдобавок, в отличие от американцев во главе с Максимом Фаже, которые за два года (70-72) проанализировали около 60 разнообразных вариантов компоновки. наши сразу решили "делаем Шаттлоподобное".
Это, например, ОС-120-5, один из ранних проектов, набросанных буквально на коленке. Ничего не напоминает? Проблем выявили тогда чуть более чем дохрена, в частности, проблемы с аэродинамикой - до прихода в проект авиационной НПО "Молнии" разработкой занималась НПО "Энергия", которая аэродинамикой всегда занималась по остаточному принципу, зато могла и умела в полеты разнообразного добра с малым аэродинамическим качеством. Говоря попросту - контора собаку съела на разнообразных летающих кирпичах и утюгах. В результате их проект оказался тяжелым, полная стартовая масса самого ракетоплана была 155 с гаком тонн, из которых груза только тридцать, посадочная - 89 тонн. Для сравнения сам Шаттл весит 132 тонны на старте и 93 на посадке. Поэтому в конечном итоге решением совместного научно-технического совета МОМ и МО от 29 июля 1975 г разработчикам сказали всё херня, переделывайте проведите оптимизацию основных тактико-технических характеристик и уточните облик МКС (не международной космической станции, а многоразовой космической системы).
Выглядит действительно как разожравшийся и огрузневший Спейс Шаттл. Дополнительные двигатели сзади-снизу - твердотопливные двигатели системы спасения.
Забрили проект по целому ряду причин - во первых, как это было популярно в Союзе - военные хотели что-то универсальное. А в проекте ОС-120 всплывала главная проблема Шаттла - то, что без самого орбитального самолета система не летала. Помнившим фиаско с Н-1 и понимающим, что всё может повториться (потому что уровень предполагаемых технических новаций был сопоставим), хотелось иметь возможность испытать носитель без космоплана.
Так же был понятен и отказ от твердотопливных бустеров. Во-первых, СССР от США в вопросе твердотопливных двигателей серьезно отставал. Во вторых, и это было важнее - предстояло летать на высоконаклонные орбиты. А чем выше наклон орбиты - тем до большей скорости надо разогнать аппарат, потому что всё меньшую прибавку дает вращение самой Земли. Тот же Шаттл при гипотетическом полете на полярную орбиту (это которая проходит через оба полюса, в реальности Шаттлы на неё так ни разу и не слетали) терял почти две трети грузоподъемности, вытаскивая не 29.5 тонн - а всего 12. Поэтому решили использовать хорошо отработанный керосин+кислород на первой ступени - что давало хороший выигрыш в эффективности. И, побочным, но не последним бонусом - снижение рисков для корабля.
Заодно перенос двигателей на бак и превращение бака в полноценную вторую ступень позволяло облегчить космоплан - ведь ему теперь нужно нести только собственный вес, на его конструкции больше не будет приходить нагрузка от бака, как если бы ему пришлось своими двигателями поднимать и себя, и внешний бак, как это делает Спейс Шаттл. Да и военные задавали вопрос - а зачем делать в разы более дорогую конструкцию, если выводим только в полтора раза больше "Протона"? Стыковку мы освоили - а два "Протона" всё ещё дешевле. Можем десять тонн заложить на маневровое и стыковочное оборудование - и всё равно будем в плюсе.
Следующий вариант предложили смешанный - ОК-92. По факту - трехступенчатую систему, с двигателями и на баке, и на космоплане.
Получилась "смесь ужа с ежом" , имевшая недостатки обеих систем, за исключением невозможности пуска в одиночном режиме носителя без ракетоплана, без достоинств.
В итоге - решили делать правильно - мухи ракета-носитель отдельно, котлеты ракетоплан отдельно.
В итоге, поскольку не нужно было возить на себе по космосу тяжелые маршевые двигатели - Буран превосходил Шаттл ещё и в орбитальных возможностях. Система орбитального маневрирования Шаттла была на ядовитых и высококипящих компонентах - Буран же использовал кислород-керосиновые двигатели ориентации и маневра, с вполне приличным удельным импульсом в 362 секунды и возможностью перезапуска до 5000 раз за полет. Шаттл же имеет намного менее эффективные вытеснительные двигатели с УИ всего лишь 316 секунд (для пустотного двигателя это очень мало). Для Бурана были доступны очень большие наклонения и широкий диапазон орбит - Шаттлы даже для полета к МКС пришлось сильно модернизировать, включая использование суперлегкого бака. И всё равно, для Колумбии, самого первого Шаттла - полет к МКС был на грани допустимых рисков - в реальности она так до МКС и не слетала.
Корма Бурана с двигателями орбитального маневрирования.
В итоге общего у Бурана и Шаттла - лишь аэродинамическая схема и размеры.
Вот так выглядит Буран
А вот так - Шаттл
Проблем при разработке Энергии было много. Главной проблемой - с водородом Советский Союз до того не работал. Много чего пришлось изобретать с нуля, и всё равно, бак Энергии был тяжелее и с худшим массовым совершенством (соотношением массы пустого бака к массе заправленного), чем даже самый первый бак Шаттлов, а их, так-то, было аж три версии, и до последней, SLW, superlitghweight - баку Энергии было как до Луны пешком.
При этом кое в чем водородные двигатели второй ступени Энергии, РД-0120б были совершеннее Шаттловских RS-25. В частности, это касалось привода турбонасоса, качавших кислород и водород в камеру сгорания. На выходе из турбонасоса горючего давление достигало 475 атмосфер. В отличие от одновальных турбонасосов, примененных Рокетдайном, советские разработчики применили двухвальный насос - более сложный и несколько более капризный, но зато начисто исключающий попадание горячего водорода в тракт окислителя безо всяких промежуточных камер с гелием. Двигатель получился удачным - итоговая версия выдерживала без переборки 4072 секунды работы за 9 перезапусков, из которых один - 1202с. Для сравнения - время работы двигателя в полете на самую энергозатратную орбиту - чуть больше 500 секунд.
С первой ступенью тоже было интересно. Расчёты показали, что для более тяжелой и более энергоемкой Энергии, даже при использовании четырех боковых блоков, а не двух, как у Шаттла, нужен жидкостный ракетный двигатель, который будет мощнее, чем F-1, и эффективнее его. Опыта разработки таких двигателей у СССР не было, и все понимали, что разработать камеру сгорания таких размеров в обозримые сроки не получится - её можно было создать только методом научного тыка, даже сейчас, при наличии суперкомпьютеров, адекватной математической модели происходящего в камере сгорания ракетных двигателей нет. Делать же методом научного тыка не позволяли бюджеты, а после фиаско с Н-1 любого, заикнувшегося о многодвигательной схеме, ждала бы Чукотка - страна испытывала острый дефицит конструкторов оленьих нарт. Поэтому, в КБ Энергетического машиностроения, которым поручили разработку, решили пойти на хитрость - сделать многокамерный двигатель. Опыт строительства многокамерных двигателей в Союзе был. Для того, чтобы вписать двигатель в ограниченный диаметр. пошли на хитрость - в дело снова пошел двухвальный комбинированный турбонасос горючего и окислителя., поставленный вертикально, а камеры сгорания разместили по углам. В двигателе использовали много наработок по РД-253, маршевому двигателю Протона, несмотря на применение другой топливной пары. В итоге с одной камеры сгорания снимали примерно 185 тонн тяги - что было вполне достаточно. Получился двигатель хоть и сложный - но с хорошим удельным импульсом в без малого 310 с у земли (F-1 давал лишь 263 с) и надежный, поскольку нагрузка на каждую камеру была не так и велика.
В итоге, собранная по пакетной схеме Энергия получила возможность вытащить на орбиту как космоплан - так и любую другую полезную нагрузку. Этим она сильно отличалась от Шаттла - Шаттл почти всегда летал недогруженным - габариты грузового отсека не позволяли. До аварии Челленджера были даже изрядно наркоманские проекты с полезным грузом на вершине бака Шаттла. Энергия же могла тащить что угодно - лишь бы укладывалось в вес.
Теперь о самом главном - о безопасности. Комплекс "Энергия-Буран" был намного безопаснее Шаттла. Обе катастрофы, убившие Челленджер и Колумбию - были попросту невозможны с Энергией-Бураном.
Начнем с аварии Челленджера. Как известно, на 60 секунде после старта горячие газы из двигателя окончательно пробили боковую стенку бустера и начали прожигать внешний топливный бак. С этого момента и до взрыва бака прошло 12 секунд. Представим, что на месте Челленджера - Буран. На 60 секунде полета разрушается камера сгорания двигателя одного из блоков А, струя горячих газов начинает бить в бак. Что происходит? Система пожаротушения двигателя регистрирует пожар в двигательном отсеке и начинает продувать отсек двигателя фреоном и азотом с расходом в 30 кг/с. Поскольку за две секунды (это 62 секунда полета, бак ещё цел, он прогорит лишь на 64 секунде) пожар не потушен - автоматика выключает двигатель и аварийно сбрасывает окислитель из проблемного блока за борт, облегчая ракету. В принципе, на пределе возможного даже на трех двигателях из пакета первой ступени Энергия могла вытащить Буран на низкую одновитковую орбиту. Миссия проваливается, но корабль и люди остаются живы и здоровы.
Теперь представляем Буран на месте Колумбии. Могло ли что-то отвалиться от носителя?
Нет, не могло. Бак Энергии не покрывался пеной - будучи менее высокотехнологичным и более тяжелым, чем баки Шаттлов, бак центрального блока Энергии не имел внешней оболочки из пены. Нечему было падать.
Ну и последний вопрос - была ли у "Энергии-Буран" перспектива?
Я думаю, что да. Этому комплексу просто не повезло, он появился в неудачное время. Появись этот комплекс на десять лет раньше, в 78-м - и тогда огромный грузовой потенциал Энергии позволил бы забить "гол престижа" в лунной гонке, "размочить счёт", проведя хотя бы одну пилотируемую высадку.
Появись Буран на десять лет позднее, в 1998, когда уже началась история МКС - "Зарю вполне мог вывести "Буран". А затем можно было бы Энергией выводить намного более крупные и эффективные научные блоки - и сейчас на МКС было бы не по пять-семь человек, а по десять-пятнадцать. И к Луне, пусть даже совместно с американцами, мы бы уже снова начали летать.
Возможно ли сейчас "воскресить" Буран? Нет, потому что разорваны технологические цепочки. Можно лишь спроектировать с нуля нечто похожее. Как минимум - отказавшись от водорода - пример Маска с его многоразовыми кислород-керосинниками и метан-кислородниками показывает, что водород как топливо для маршевых двигателей попросту больше не нужен.
Внизу я запилю два поста-вопроса - о чем следующий пост - почему без Шаттла мы не можем даже повторить МКС или история Центавра и RL-10. Какой пост наберет больше плюсов - тот и запилю следующим.
Авиация и Техника
12.1K постов18.8K подписчика
Правила сообщества
Правила Пикабу