И для выведения на орбиту первых искусственных спутников Земли, созданных в Советском Союзе, и для старта космических кораблей, доставивших на Луну американских космонавтов, применялась одна и та же техника запуска космических аппаратов. Она основана на использовании ракеты-носителя, ступени которой после вывода полезной нагрузки на орбиту падали на Землю и разрушались. Бесспорно, что дальнейший прогресс в деле освоения космоса требует срочной разработки новой техники запуска, которая позволит исключить огромные затраты на строительство ракет-носителей одноразового действия.

Ракета-носитель «Сатурн-5», разработанная в связи с осуществлением в США проекта высадки людей на поверхность Луны с помощью космического корабля «Аполлон», может служить ярким примером огромных расходов, которых требует подобное мероприятие. Все в этой гигантской ракете поражает воображение. Ее высота с установленным на вершине космическим кораблем «Аполлон» достигает 111 м, что на 18,3 м превышает размер покоящейся на пьедестале статуи Свободы. Мощность ракеты столь велика, что она одна может одновременно вывести на орбиту все пилотируемые космические корабли, запущенные ранее в США. Ракета «Сатурн-5» способна вывести на околоземную орбиту полезную нагрузку в 109 т и доставить на Луну полезный груз в 41 т.

Более 250 000 инженеров и рабочих трудились в течение минувших 15 лет, осуществляя доводку конструкции ракеты-носителя «Сатурн-5» по заказу НАСА в процессе наземных и летных испытаний. В этой работе принимали участие около 2000 больших и малых предприятий США, поставивших различное оборудование и отдельные конструктивные элементы ракеты.

Первая ступень S-IC ракеты-носителя «Сатурн-5» изготовлена фирмой Боинг. Высота этой ступени достигает 42,1 м, диаметр 10,06 м, сухая масса 139255 кг. Топливные емкости ступени вмещают 2 131 920 кг жидкого кислорода и керосина. На нижнем торце ступени установлено пять жидкостных ракетных двигателей F-1 фирмы Рокетдайн, четыре из которых расположены по периферии и один в центре. При запуске двигатели развивают общую тягу в 3 401 900 кгс. Четыре двигателя, размещенные по периферии нижнего торца ракетной ступени, укреплены на корпусе шарнирно, что позволяет управлять вектором тяги при запуске ракеты.

Двигатели J-2 фирмы Рокетдайн второй ступени S-II, изготовленные фирмой Норт Америкен Авиейшн, развивают тягу в 453 590 кгс. Высота ступени 24,7 м, диаметр 10,06 м. Все пять жидкостных ракетных двигателей J-2 работают на жидком кислороде и жидком водороде.

Третья ступень S-IVB ракеты-носителя «Сатурн-5» изготовлена фирмой Мак Доннелл-Дуглас. Высота ступени 17,7 м, диаметр 6,65 м. Топливные емкости вмещают 104 330 кг жидкого кислорода и жидкого водорода. На третьей ступени установлен один жидкостный ракетный двигатель J-2 с тягой в 90 720 кгс.

Стоимость изготовления и запуска каждой ракеты-носителя «Сатурн-5» составляет 175 млн. долл., стоимость системы лунного отсека 10 млн. долл. Это означает, что затраты на доставку каждого фунта (453 г) полезного груза на Луну достигает 6600 долл. (без учета стоимости конструкторской разработки).

Некоторое снижение расходов на запуск космических аппаратов может быть достигнуто путем организации производства ракет-носителей на модульном принципе. Но все же единственным средством коренного решения проблемы экономики запуска является конструирование полностью или хотя бы частично сохраняемых элементов системы ракеты-носителя с целью их повторного использования.

При отработке последних моделей первой ступени S-IC ракеты-носителя «Сатурн-5» были предприняты попытки ее сохранения при спуске на Землю. В частности, определялась возможность торможения и мягкой посадки на Землю этой ступени. В процессе исследований, проведенных специалистами фирмы Боинг по заданию НАСА, были испытаны все возможные средства спасения ступени, такие как устройства с жестким крылом, парашюты, наполненные водородом баллоны, воздушные тормоза, баллюты *, парапланеры, системы вращающихся парашютов.

Наиболее эффективным и экономичным оказался способ посадки на водную поверхность с использованием воздушных тормозов и парашютов. Подсчитано, что сумма экономии при трехкратном использовании каждой ступени и 60 запусках в течение 10-летнего периода составит 50 млн. долл.

Была разработана следующая схема спасения ступени S-1C. После ее отделения от других ступеней ракеты-носителя включаются ракетные двигатели, которые стабилизируют полет ступени носовой частью вперед. Вблизи максимума траектории ее полета отклоняются (на угол 45°) тормозные щитки, повышающие аэродинамическое сопротивление и устойчивость снижения ступени. Дальнейшее гашение скорости снижения осуществляется вследствие сопротивления атмосферы, обтекающей затупленную носовую часть колпака бака с жидким кислородом. Поверхность колпака покрыта теплозащитным материалом. Во внутренней полости кислородного бака поддерживается повышенное давление в целях увеличения жесткости конструкции при входе в атмосферу.

На высоте 9750 м значительная часть первоначальной энергии ступени под влиянием торможения в атмосфере будет погашена и ее скорость уже не будет превышать скорости звука. К этому времени раскроются четыре основных парашюта диаметром по 36,6 м. На высоте около 150 м с помощью взрывного устройства сбрасывается передний колпак кислородного бака и одновременно открываются вентиляционные устройства в его задней части. Таким образом вступает в действие пневматический амортизатор, гасящий скорость падения ракетной ступени до 30,5 м/с в момент ее встречи с поверхностью воды.

После приводнения ступень медленно переворачивается и занимает положение на плаву с двигателями, опущенными вниз. В этом положении она обладает плавучестью и может ожидать подъема на борт специально оборудованного спасательного корабля.

В целях предупреждения от коррозии могут применяться специальные эпоксидные покрытия, надежность действия которых обеспечивается в течение 15 дней после приводнения. Сотрудники фирмы Боинг полагают, что потребуется замена некоторых деталей перед повторным использованием ступени, в частности, таких, как датчики и выключатели. По результатам проведенного исследования установлено, что кондиционность большинства блоков электронного и электрического оборудования, которые подверглись воздействию морской воды, может быть восстановлена после промывки пресной водой и сушки с помощью спирта.

Общая масса системы спасения ракетной ступени S-1C, включая массу четырех стабилизаторов увеличенного размера, воздушных тормозных щитков, приборов управления и парашютов, составляет 22 090 кг. Масса ступени без оборудования для ее спасения равна 165 000 кг.

Рассмотренный вариант спасения ракет-носителей в целях их повторного использования не является единственно возможным. В частности, можно сослаться, на один из проектов разработанного в Европе ракетного самолета, сведения о котором опубликовал в 1933 г. * австрийский ученый д-р Е. Зенгер в своей книге «Техника ракетного полета». Расчетная скорость этого самолета при полете в стратосфере не должна была превышать 2575 км/ч.

* Советский ученый Ф. А. Цандер в своей статье «Описание межпланетного корабля системы Ф. А. Цандера», опубликованной в 1924 г., впервые изложил идею использования крылатых аппаратов для межпланетных сообщений и обосновал преимущества крыльев перед парашютной системой спуска космического корабля на Землю. Модель межпланетного корабля Ф. А. Цандера (рис. 49) была представлена на Выставке по межпланетным полетам в Москве в 1927 г. (прим. ред.).

Идея создания ракетного самолета с увеличенным радиусом полета благодаря планированию на большой скорости в верхних слоях атмосферы разрабатывалась Зенгером до конца его жизни. Перед началом Второй мировой войны Зенгер был отозван из Вены в Германию, где ему была поручена организация Научно-исследовательского института техники ракетного полета. Здесь его усилия были направлены на создание антиподного (межконтинентального) ракетного бомбардировщика.

Е. Зенгер вместе со своей женой, математиком Иреной Бредт, разрабатывал также схему создания воздушно-космического самолета, намного опережавшую свое время. Эти исследования были прекращены в 1942 г., по уже достигнутые в то время результаты во многом предопределили некоторые направления развития космической техники на ряд лет вперед.

Под руководством Е. Зенгера было начато осуществление разработанной им 10-летней программы экспериментальных исследований для определения технических основ ракетного воздушно-космического самолета принципиально новой схемы. Возглавляемый им коллектив работал над решением проблемы защиты крыльев и фюзеляжа этого самолета от воздействия аэродинамического нагрева при полете на суборбитальной скорости в верхних слоях атмосферы с целью обеспечения прочности и работоспособности конструкции.

Взлет воздушно-космического самолета по проекту Зенгера — Бредт предусматривался с помощью ракетной разгонной ступени, движущейся по горизонтальной моно-рельсовой катапульте длиной 2,9 км. В конце рельсового пути стартовая тележка с ускорителем тормозится и воздушно-космический самолет взлетает со скоростью, соответствующей числу М = 1,5, под углом 30° к горизонту. Первоначальный подъем осуществляется под воздействием аэродинамической подъемной силы. На высоте 1675 м включается собственный ракетный двигатель самолета и полет продолжается уже по баллистической траектории до высоты 160 км.

При возвращении в атмосферу Земли самолет совершает рикошетирующие движения по волнообразной траектории на границе плотных слоев атмосферы, благодаря чему увеличивается дальность его полета. Аэродинамический нагрев корпуса воздушно-космического самолета предполагалось нейтрализовать путем теплоизлучения его металлической обшивки.

Е. Зенгер наметил следующий ряд фундаментальных проблем, которые предстояло решить до практической реализации проекта воздушно-космического самолета: 1) исследование аэродинамических нагрузок и рациональных форм поверхностей для полета при числах М от 3 до 30; 2) исследование газовых течений химически реагирующих потоков; 3) определение аэродинамических сил при свободно-молекулярном режиме обтекания; 4) исследование эффективных ракетных топлив (в особенности проверка эффективности горения легких металлов); 5) исследование материалов, стойких как при очень высоких, так и при криогенных температурах (эти материалы предполагалось использовать, например, при создании насосов для перекачки жидкого кислорода или изготовлении камер сгорания ракетных двигателей с большим сроком службы); 6) конструирование турбонасосного агрегата высокого давления для подачи горючего и окислителя в ракетный двигатель; 7) создание системы устойчивого зажигания для ракетного двигателя; 8) создание камер сгорания ракетных двигателей, рассчитанных на работу при очень высоких температурах газа и давлениях до 100 кгс/см² при тяге в 100 тс; 9) создание катапульты для старта воздушно-космического самолета со сверхзвуковой скоростью; 10) разработка математической теории расчета оптимальных траекторий полета воздушно-космического самолета.

После Второй мировой войны идеи Е. Зенгера и его сотрудников стали предметом изучения для различных исследователей. В ФРГ были предприняты попытки продолжить начинания Е. Зенгера. Велись разработки ракетной системы самолетного типа с многоступенчатой компоновкой. Но технические возможности того периода были достаточно ограниченными, особенно в области создания жаростойкой конструкции фюзеляжа и крыльев. Кроме того, согласно расчетам проектируемый воздушно-космический самолет был способен вывести на орбиту относительно малую полезную нагрузку по сравнению с общим стартовым весом всей системы.

Предполагалось, что в начальном периоде исследования космического пространства потребуется ограниченное количество запусков ракетных систем. Поэтому специалисты пришли к выводу, что ракеты-носители одноразового пользования будут наиболее простым и экономически рентабельным средством выведения космических аппаратов на орбиту. Рациональные проекты освоения космического пространства с помощью воздушно-космических самолетов многоразового действия оказались трудно осуществимыми.

Одна из попыток создания рациональной конструкции воздушно-космического самолета по проекту Х-20 «Дайна-Сор» (рис. 54) была предпринята в США фирмой Боинг. Название проекта было образовано из двух слов, что в переводе означает «динамика» и «планирование». По идее создателей самолета «Дайна-Сор» его полет по орбите должен был происходить под воздействием как центробежных, так и аэродинамических сил. По окончании орбитального полета предполагался главный спуск по вытянутой планирующей траектории с использованием аэродинамической подъемной силы, развиваемой треугольным крылом и фюзеляжем.

При полете с гиперзвуковой скоростью в атмосфере возбуждаются чрезвычайно мощные тепловые потоки, действующие на поверхность самолета. Поэтому возникла сложная проблема создания совершенно новых материалов и конструкций высокой жаропрочности. Специалисты фирмы Боинг провели длительные аэродинамические исследования гиперзвукового полета на моделях в аэродинамической трубе. Испытания в воздушном потоке продолжались более 7000 ч, в том числе около 3000 ч на гиперзвуковых скоростях при числах М более 15.

Было испытано большое количество моделей с различной конфигурацией корпуса, начиная от капсул с малым значением аэродинамического качества (типа аппаратов, спускаемых с помощью парашютной системы) и до летательных аппаратов с изменяемой геометрией крыла. На основании проведенных экспериментов был произведен выбор с участием представителей НАСА наиболее целесообразных аэродинамических форм орбитальных ступеней воздушно-космического самолета без крыльев с несущим корпусом. При летных испытаниях эти ступени подвешивались под крылья самолета В-52 и подвергались проверке на планирующем спуске и посадке с высоты около 14 км.

Полноразмерный вариант воздушно-космического самолета «Дайна-Сор» был изготовлен в 1963 г., но дальнейшие его испытания и разработка проекта были прекращены. Судьбу этого самолета определила не столько сложность его конструкции и высокая стоимость изготовления, сколько то обстоятельство, что при равных величинах полезной нагрузки вес самолета вдвое превышал вес баллистической капсулы.

Дальнейшие изыскания в США путей повышения экономической эффективности воздушно-космических самолетов проводились на образцах беспилотных планирующих летательных аппаратов, запускаемых баллистическими ракетами. Для летных экспериментов при гиперзвуковых скоростях полета использовались уменьшенные модели. Результаты испытаний укрепили уверенность в возможности создания многоцелевого многократно используемого космического летательного аппарата.

Один из проектов перспективного воздушно-космического самолета с несущим корпусом и крылом изменяемой геометрии (рис. 57) был разработан специалистами фирмы Локхид. Профилированный фюзеляж этого самолета обладал аэродинамической формой, обеспечивающей удовлетворительную управляемость на больших и малых скоростях полета. На самолете не было больших килей, которые ранее считались необходимыми для аппаратов такого типа. Конструкция отличалась удовлетворительными весовыми характеристиками. При спуске с орбиты высокая температура под воздействием аэродинамического нагрева достигала 2490°С только на небольшом участке поверхности в носовой части фюзеляжа; температура в других местах поверхности ожидалась приблизительно вдвое меньше.

Орбитальные скорости полёта в атмосфере и космическом пространстве предполагалось обеспечить с помощью ракетных двигателей. Для маневрирования на малых скоростях и посадки был спроектирован небольшой воздушно-реактивный двигатель с воздухозаборником, расположенным в передней части вертикального киля.

Воздушно-реактивный двигатель устанавливался под килем, а непосредственно под ним монтировался ракетный двигатель с окружающими его баками, содержащими фтороводородное топливо. Крылья самолета убирались в специальные ниши под баками и могли выдвигаться для маневрирования на малых скоростях полета и обеспечения надежной посадки на взлетно-посадочную полосу.

Системы выведения воздушно-космических самолетов в космическое пространство исследовали многие организации. Наиболее типичная конструкция была разработана специалистами фирмы Мартин (рис. 58). Согласно этому проекту воздушно-космический самолет должен был иметь две крылатые ступени. Полная стартовая масса достигала 1130 т. Разделение ступеней планировалось на высоте 64,4 км при скорости 2680 м/с.

После разделения первая ступень должна была совершать планирующий спуск в атмосфере к месту старта. Согласно расчету первоначальное гашение скорости снижения намечалось осуществлять с помощью тормозных щитков. На высоте 12,2 км, при достижении скорости звука, должны включаться двухконтурные воздушно-реактивные двигатели для обеспечения полета и посадки облегченной ступени па аэродром базы.

Вторая ступень воздушно-космического самолета могла быть выведена на круговую орбиту высотой 555 км с помощью ракетных двигателей. Программой испытаний предусмотрен двухнедельный космический полет самолета с экипажем из трех человек й посадка на аэродром в заданном районе.

Исследования по созданию воздушно-космических самолетов многоразового действия проводились также во Франции, ФРГ и Англии. Так, например, был разработан проект двухступенчатого воздушно-космического самолета (рис. 59). Первая ступень — это многоразовый самолет-разгонщик длиной в 51,8 м с воздушно-реактивным двигателем, развивающим тягу 72 тс. Вторая, орбитальная ступень самолета длиной в 25,9 м, на старте крепилась к днищу первой ступени. Разделение ступеней предполагалось совершать при достижении скорости, соответствующей числу М = 7 на высоте 35 км. После разделения на орбитальной ступени самолета включаются шесть ракетных двигателей, работающих на жидком водороде и развивающих суммарную тягу 141,4 тс. Это обеспечивает вывод второй ступени воздушно-космического самолета на орбиту высотой 300 км от поверхности Земли.

Специалисты фирмы Бритиш Эпркрафт провели детальное исследование варианта полутораступенчатой системы запуска воздушно-космического самолета «Мастард» (рис. 60), представляющего собой аппарат с несущим корпусом и с тремя, почти идентичными ступенями. После старта и набора высоты 45-60 км боковые ступени воздушно-космического самолета отделяются от центральной, которая выводится в космическое пространство. После выполнения задачи полета все ступени, оборудованные ракетными двигателями, возвращаются на Землю и осуществляют посадку на аэродром. Двигатели спроектированы для работы на жидком кислороде и водороде.

Согласно проекту воздушно-космический самолет «Мастард» предназначался для вывода на круговую орбиту высотой 555 км полезного груза 3 т. Взлетная масса системы из трех аппаратов оценивалась в 424,5 т, масса топлива 341,5 т, масса каждого бокового аппарата 141 т, масса центрального аппарата 142,5 т.

Для возвращения самолета к заданному месту посадки на каждом разгонном аппарате установлены воздушно-реактивные двигатели, работающие на водороде. С помощью этих двигателей разгонные ступени воздушно-космического самолета смогут совершать полет на расстояние до 550 км и затем приземляться на взлетно-посадочной полосе аэродрома со скоростью 160 км/ч. Центральная орбитальная ступень самолета «Мастард» снабжена дополнительной системой теплозащиты от аэродинамического нагрева при спуске в атмосферу с орбиты; она, как и другие ступени, сможет осуществлять самолетную посадку в заданном районе после выполнения поставленных задач в орбитальном полете.

Можно отметить несколько факторов, свидетельствующих об экономических преимуществах осуществления проекта «Мастард». Предусмотрено создание только одной центральной ступени воздушно-космического самолета и разработка одного основного ракетного двигателя. Относительно небольшой вес ступени упрощает ее монтаж в вертикальном направлении на стартовом комплексе. Система обладает возможностью последовательной доводки в доорбитальных полетах, пока не будет достигнута заданная орбитальная скорость. Небольшая скорость разгонных ступеней упрощает задачу их спусков в атмосфере и возвращения на базу. Тренировочные полеты могут быть осуществлены с использованием одной ступени; каждая ступень способна выполнять автономный полет при помощи собственных двигателей.

Сравнительная экономическая оценка реализации проекта «Мастард» показала его преимущества перед аппаратами баллистического спуска, предназначенными для вывода на околоземную орбиту полезного груза 2,25 т.

Так, например, по предварительной оценке полагают, что после 10 лет разработки и 10-летней эксплуатации система воздушно-космических самолетов типа «Мастард» сможет вывести на орбиту 5000 т. полезной нагрузки при общих затратах 4 млрд. долл. Это примерно в 20-30 раз дешевле стоимости разработки и запусков одноразовых космических кораблей типа «Меркурий» и «Джеминай».

Проект воздушно-космического самолета со сбрасываемым баком разрабатывался специалистами фирмы Локхид (рис. 62). Применение сбрасываемых баков для баллистических ракет исследовалось специалистами Британского астронавтического общества. В этих исследованиях цилиндрические баки после израсходования топлива раскрывались по центральному сечению с помощью легких диафрагм и отделялись от ракеты-носителя с помощью взрывных болтов. В дальнейшем развитие тонкостенных топливных баков, требуемая жесткость которых обеспечивалась путем наддува, позволило временно отказаться от сбрасываемых баков.

Программа НАСА по разработке воздушно-космического самолета была изложена в августе 1968 г. в лекции, прочитанной д-ром Мюллером в Британском астронавтическом обществе. Мюллер подчеркнул, что при использовании обычных баллистических ракет стоимость обслуживания одной орбитальной лаборатории с тремя человеками экипажа в течение года равна первоначальной стоимости создания лаборатории. Назревшая необходимость постоянной эксплуатации орбитальных станций и лабораторий выдвигает требование о выборе более экономичных систем их обслуживания (смена экипажа, доставка грузов).

Много практически важных областей применения космических станций уже определено. С их помощью можно исследовать природные ресурсы Земли, эксплуатировать орбитальные обсерватории, обслуживать системы радио— и телевизионного вещания, обеспечивать дозаправку космических кораблей топливом, проводить эксперименты по использованию уникальных условий невесомости, организовывать производство специальных продуктов в космическом пространстве и т. д. Наступит время, когда вся эта деятельность будет развернута в широких масштабах. Тогда то и потребуется доставлять в космос и возвращать с орбиты не тонны, а тысячи тонн материалов и грузов. Нетрудно понять поэтому значение экономической эффективности транспортной системы, обеспечивающей перелеты на орбиту и возвращение на Землю сменных экипажей космических лабораторий и предприятий, а также перевозку грузов с помощью аппаратов многократного использования, требующих минимальных затрат на их эксплуатацию и ремонт. В идеальном случае такой аппарат должен обладать эксплуатационными качествами обычного воздушного транспорта.

Перспективная конструкция воздушно-космического самолета многократного применения разрабатывалась специалистами НАСА с учетом результатов предыдущих исследований. Один из возможных вариантов — проект «Старклиппер» (рис. 62). Эта конструкция воздушно-космического самолета представляет собой летательный аппарат с несущим корпусом и сбрасываемыми баками. Предложенная полутораступенчатая система будет стартовать вертикально с упрощенных пусковых комплексов и обеспечит посадку орбитальной ступени на посадочную полосу обычного аэродрома. Сбрасываемые баки большой емкости размещены по периферии центральной ступени.

Была разработана компоновочная схема (рис. 63-72) орбитального самолета «Спейс-шатл» («Космический челнок»), предназначенного для экономичных «челночных» рейсов по трассе Земля-орбита-Земля. Планируется, что обслуживание систем такого воздушно-космического самолета будет более простым, чем обслуживание баллистических одноразовых ракет-носителей. Так, например, на борту самолета «Спейс-шатл» должны быть все приборы, необходимые для предстартовой проверки, как это установлено практикой эксплуатации больших пассажирских реактивных самолётов.

Защита воздушно-космического самолета от аэродинамического нагрева при входе в атмосферу (при спуске с орбиты) является сложной проблемой, но вполне разрешимой в условиях применения современной техники Разработаны новые теплозащитные покрытия для маневрирующих аэрокосмических аппаратов с несущим корпусом. Такой воздушно-космический самолет, пролетая через атмосферу после возвращения из орбитального полета, испытывает аэродинамический нагрев поверхности в течение более длительного времени, чем космический аппарат, совершающий спуск по чисто баллистической траектории. Теплозащитные покрытия космических кораблей «Меркурий», «Джеминай» и «Аполлон» были разработаны для рассеивания высоких тепловых нагрузок, кратковременно возникающих в период баллистического спуска в атмосфере. Для воздушно-космического самолета (после спуска с околоземной орбиты) характерен длительный планирующий полет в атмосфере протяженностью порядка — 8000 км, сопровождающийся нагревом поверхности корпуса от 1600 до 2200°С.

Для воздушно-космического самолета с несущим корпусом специалистами фирмы Мартин и НАСА было разработано теплозащитное покрытие сотовой конструкции, которое отличается малым удельным весом и не обладает хрупкостью, свойственной металлическим или керамическим теплозащитным покрытиям.

Сотовая конструкция теплозащитного покрытия обладает хорошей эластичностью (во многих направлениях), она будет хорошо прилегать к поверхностям панелей и прочно соединяться с силовыми элементами воздушно-космического самолета. Сотовая структура, образованная из фенольного стеклопластика, обеспечивает необходимую прочность эластомерного силиконового наполнителя. Эта комбинация материалов образует теплозащитное покрытие, которое сохраняет свою форму и прочность на всех фазах полета. При входе в атмосферу (при спуске с орбиты) под действием аэродинамического нагрева поверхность эластомерного силиконового наполнителя обугливается, небольшая часть материала уносится в газообразном виде и в виде частиц жидкости. После охлаждения покрытие сохраняет свою эластичность.

Новый вариант теплозащитного покрытия отличается меньшим на 30% удельным весом по сравнению с исследованными ранее покрытиями. Это весьма важный фактор, поскольку покрытие приходится наносить на всю поверхность воздушно-космического самолета.

В компоновочную схему орбитального самолета по проекту «Спейс-шатл» входят три ракетных двигателя с камерами сгорания высокого давления. Двигатели работают на жидком кислороде и водороде, расположены они в кормовой части самолета и должны развивать полную тягу в вакууме около 475 тс. Двухпозиционное сопло обеспечивает оптимальный расход топлива как при работе на уровне моря, так и на большой высоте.

После вертикального старта воздушно-космический самолет «Спейс-шатл» продолжит полет по заданной траектории над океаном и по мере выработки топлива будет сбрасывать поочередно свои баки. Отделение баков от конструкции самолета производится путем разрушения стыковочных узлов.

Затем ракетные двигатели выводят воздушно-космический самолет с несущим корпусом на траекторию орбитального полета. После выполнения необходимых маневров самолет встречается и стыкуется с космической станцией, для которой предназначены доставленные им грузы. Для спуска с орбиты после расстыковки используется метод торможения с помощью ракетных двигателей. На заключительной фазе полета самолет продолжительное время планирует с гиперзвуковой скоростью. Его продольная устойчивость обеспечивается раздвигающимися килями, для управления по тангажу и крену применяются элероны, для управления рысканьем — рули. Нижняя поверхность воздушно-космического самолета с несущим корпусом имеет плоскую форму. Защита от интенсивного нагрева при спуске с орбиты обеспечивается обратно излучающим теплозащитным покрытием и легким теплоизолятором пассивного охлаждения. Элементы составного, восстанавливаемого после космического полета теплозащитного покрытия удерживаются специальной силовой конструкцией. Внутренняя обшивка самолета выполняет двойную роль: она работает как силовой элемент и как термодинамический поглотитель тепла, излучаемого теплозащитным покрытием.

В сложных условиях воздушно-космический самолет преодолевает этап вхождения в атмосферу. Это требует специальной его подготовки к новому полету. Время подготовки в значительной мере зависит от организации стандартных методов восстановительного ремонта и замены частей или оборудования. Очень важно обеспечить удобный доступ к заменяемым элементам конструкции еще на фазе проектирования. Проверка работы двигателей и состояния силовых элементов должна выполняться с помощью автоматической вычислительной системы.

При разработке проекта самолета «Спейс-шатл» значительное внимание было уделено возможности использования сменных теплозащитных панелей при восстановительном ремонте или обновлении самолета после орбитального полета. Съемные панели легко отделяются и заново устанавливаются благодаря чему обеспечивается повторное использование основной конструкции самолета. Эластомерный силиконовый теплозащитный уносимый материал был испытан на сверхскоростном исследовательском ракетном самолете Х-15, где температура изменялась в диапазоне от 700 до 1400°С.

Челночный орбитальный самолет «Спейс-шатл» согласно расчетам сможет вывести на околоземную орбиту полезный груз до 11 300 кг. Возможны различные варианты его загрузки. Взлетная масса самолета 326 320 кг, в том числе 267 530 кг приходятся на топливо, масса сбрасываемого бака составляет 12 975 кг. Орбитальная ступень самолета с несущим корпусом имеет массу (без заправки) 18 145 — 19 960 кг и несет на борту 22 680 кг топлива. Полная длина воздушно-космического самолета равна 25 м, полпая высота от конца стабилизаторов при выпущенных шасси составляет 7,3 м, размах на уровпе концом стабилизаторов 15,8 м. Контейнеры с полезной нагрузкой размещены в стандартном отделении между кабиной экипажа и двигательной установкой, расположенной в задней части самолета. Использование на самолете «Спейс-шатл» ракетного двигателя с камерой сгорания высокого давления, работающего на водородном горючем и имеющего двухпозиционное сопло, должно обеспечить высокие значения коэффициента полезного действия как при полете в атмосфере, так и в космическом вакууме.

Еще один современный ракетный двигатель может оказаться пригодным для воздушно-космических самолетов многократного применения. Это двигатель с авторегулируемым многорежимным реактивным соплом, центральное тело которого выполнено по принципу «аэродинамического копья» (рис.73). Данный тип ракетного двигателя обеспечивает высокий к.п.д. на всех высотах полета, а его весовые и размерные характеристики обладают рядом преимуществ перед двигателями других типов. В ракетном двигателе, имеющем сопло с центральным телом и кольцевую камеру сгорания, горячие газы вытекают из камеры на поверхность короткого центрального конуса (центрального тела). Этим он отличается от обычного ракетного двигателя, где расширение газов после истечения из камеры сгорания происходит внутри длинных колоколообразиых сопел.

Реактивная струя истекающих газов взаимодействует с внешней стороны с атмосферным давлением и давит на внутреннюю стенку сопла с центральным телом. Таким образом создается тяга двигателя. Вторичный поток газов вводится через круговые отверстия в центре затупленной донной части сопла, повышая донное давление и увеличивая тем самым эффективную тягу сопла. В результате образуется короткое реактивное сопло с чрезвычайно высокими значениями к.п.д. Газы, отобранные из тороидальной камеры сгорания, используются для привода топливных турбонасосов. Отработанные газы (после турбины) создают вторичный поток в сопле. В начале 1966 г. специалисты фирмы Рокетдайн продемонстрировали полноразмерную модель такого двигателя с тягой 113 400— 181 440 кгс. Диаметр модели 2,43 м, длина 1,37 м. Ракетный двигатель, использующий реактивное сопло с центральным телом, оказался на 50-70% короче, чем эквивалентный ракетный двигатель с обычным колоколообразным реактивным соплом.

Благодаря автоматической регулировке (по отношению к внешнему атмосферному давлению) обеспечиваются высокие значения к.п.д. двигателя как на уровне моря, так и на большой высоте. Это означает, что один и тот же двигатель с центральным телом может быть использован без изменений как стартовый двигатель на первой ступени ракеты-носителя и как двигатель на последующих ступенях.

Указанные преимущества двигателя, имеющего сопло с центральным телом, привлекли внимание специалистов фирмы Мак Доннелл-Дуглас при разработке ряда проектов аэрокосмических систем многоразового применения (см. ниже). Исследовалась возможность использования одного и того же двигателя указанной конструкции не только в качестве силовой установки на старте и в орбитальном полете, но и в качестве теплозащитного щита летательного аппарата при его входе в атмосферу. Предполагалось, что роль щита сможет выполнить повернутая вперед по полету охлаждаемая затупленная часть центрального тела сопла. Рассмотрим подробнее перспективы использования подобного ракетного двигателя для одноступенчатых воздушно-космических самолетов.

Обычное колоколообразное реактивное сопло преобразует тепловую энергию при истечении газов из камеры сгорания в кинетическую энергию реактивной струи. Чем значительнее расширение реактивной струи в сопле, чем больше отношение площади выходного среза сопла к площади горла сопла, тем выше к.п.д. сопла при полете в космосе. Одновременно достигаются более высокий удельный импульс и соответственно меньший расход горючего при заданной реактивной тяге. Колоколообразные сопла с большими степенями расширения работают без перерасширения потока в условиях вакуума, которое имеет место на больших высотах. Однако на малых высотах полета (например, на старте) наблюдается отрыв потока на внутренних стенках сопла под воздействием атмосферного давления, поэтому колоколообразные сопла с большими степенями расширения оказываются весьма мало эффективными в условиях старта. От этих недостатков свободны сопла с центральным телом.

Поверхность центрального тела образует одну границу для расширяющейся реактивной струи, атмосферное давление создает вторую границу. Высокое атмосферное давление на старте обусловливает небольшой диаметр реактивной струи газов, а низкое давление в верхних слоях атмосферы автоматически приводит к образованию факела реактивной струи большого диаметра. Таким образом, автоматически обеспечивается требуемая степень расширения сопла в связи с изменением окружающих условий в течение всего полета по восходящей траектории. Устройство такого рода называют иногда реактивным соплом с высотной компенсацией, потому что оно обеспечивает малые степени расширения на уровне моря и увеличенные степени расширения на больших высотах. Благодаря этому достигаются максимальное значение к.п.д. и повышение эффективности ракетного двигателя на всех режимах полета.

Рассмотрим теперь особенности входа в атмосферу воздушно-космического самолета с ракетным двигателем, снабженным соплом с центральным телом. При спуске с орбиты летательный аппарат повернут соплом вперед по направлению полета. Охлаждаемое остатками топлива усеченное центральное тело сопла с затупленной передней частью, как известно, устойчиво к аэродинамическому нагреву при входе аппарата в атмосферу. Таким образом, использование реактивного сопла с центральным телом лучшим образом удовлетворяет как условиям разгона самолета с работающим двигателем и выполнению орбитальных маневров, так и условиям входа в атмосферу.

Подчеркнем еще раз преимущества сопла с центральным телом перед колоколообразными реактивными соплами. Прежде всего, как уже отмечалось, ракетный двигатель с таким соплом обладает лучшими весовыми и размерными характеристиками, он получается более компактным, чем обычный ракетный двигатель с такой же тягой. Управление вектором тяги может быть осуществлено без поворота всего двигателя. Это достигается путем увеличения давления в отдельных секциях камеры сгорания и уменьшения давления в секциях, расположенных па противоположной стороне центрального тела. Таким образом направление вектора тяги изменяется с помощью аэродинамических сил. Данный метод устраняет необходимость в использовании тяжелой и сложной гидравлической системы для управления перемещением установленного на шарнирной подвеске двигателя большой тяги. Исключаются также тяжелые конструкции крепления, поскольку сопло с центральным телом может быть жестко соединено с периферийной частью самолета, как это сделано, например, при модификации ракетной ступени S-IVB «Сатурна».

Использование ракетного двигателя с реактивным соплом, имеющим центральное тело, открывает возможности создания воздушно-космического самолета нового типа без крыльев, обладающего управляемостью и маневренностью при входе в атмосферу, свойственными крылатым воздушным кораблям. Приведение в действие нескольких секций сегментированной камеры сгорания двигателя с центральным телом перед посадкой позволит обеспечить планирование облегченного аппарата над поверхностью Земли и мягкое касание его посадочных стоек в момент приземления на аэродроме. Проекты таких аэрокосмических летательных аппаратов многоразового действия и сравнение их характеристик с крылатыми аппаратами будут подробно рассмотрены в последующих главах.

Из большого разнообразия возможных вариантов воздушно-космических самолетов, о которых шла речь в предыдущей главе, все еще трудно определить наиболее перспективную конструкцию. Можно лишь полагать по крайней мере, что уже созданы достаточные основы для проектирования аэрокосмических летательных аппаратов.

На первом этапе, по-видимому, будут решаться задачи возвращения и мягкой посадки на Землю верхней ступени ракеты-носителя после достижения ею первой космической скорости. Верхняя ступень S-IVВ ракеты-носителя «Сатурн» является наиболее вероятным объектом для исследования возможностей возвращения отдельных ступеней ракет-носителей на Землю с целью их многократного использования. На рис. 74-78 показаны этапы возможной модернизации ступени S-IVB, обеспечивающие ее мягкую посадку при спуске по баллистической траектории. Естественно, что для спуска с орбиты могут быть испытаны как конструкции с несущим корпусом, так и крылатые летательные конструкции.

Возвращение и последующее использование ступеней ракет-носителей представляет интерес не только с экономической точки зрения. Дело в том, что разрушающиеся остатки ракет-носителей, которые падают на Землю после вывода космических летательных аппаратов на орбиту, подвергают опасности людей и различные строительные объекты. К середине 1969 г. более 5300 космических аппаратов было выведено на околоземную орбиту. Примерно половина из них осталась в космосе или сгорела в плотных слоях атмосферы, остальные упали на Землю. Остающиеся на орбите использованные ступени ракет-носителей представляют также серьезную опасность для будущих космических полетов.

Возвращение на Землю ступеней ракет-носителей является вполне реальной задачей. Так, например, некоторое время после запуска космического корабля «Джеминай» ступень ракеты-носителя «Титан-II» длиной 7,3 м и массой 680 кг была обнаружена плавающей в Атлантическом океане. Это была первая большая секция ступени ракеты-носителя, случайно возвращенная на Землю в достаточно хорошем состоянии. Двумя месяцами позже изоляционная панель ракеты «Атлас-Кентавр» также была выловлена в океане. Ясно, что если части ракет-носителей могут случайно возвращаться на Землю, без каких-либо специальных предварительных мер по их защите от разрушения, то, по-видимому, небольшая модификация конструкции перед запуском может обеспечить целостность ее возвращения, в том числе и сохранность дорогостоящих двигателей. В то же время повторное использование возвращаемых ракетных ступеней увеличит их надежность. Современные самолеты были бы не столь надежными, если бы их проектировали первоначально как невозвращаемые летательные аппараты.

Можно полагать, что программа создания возвращаемых ракет-носителей многократного пользования будет включать следующие три этапа: 1) возвращение орбитального аппарата с приводнением в океане; 2) возвращение на поверхность Земли отдельных ступеней ракет-носителей существующих конструкций; 3) создание небольшой экспериментальной верхней ступени ракеты-носителя с криогенным топливом для исследования возможностей запуска в космос аппарата одноступенчатой схемы многоразового действия с полезной нагрузкой и последующего возвращения его на поверхность суши. Для ракетной ступени S-IVB на первом этапе указанной программы масса системы ее возвращения с посадкой в океан предположительно составит 2960 кг. В комплект системы возвращения войдут ракетные двигатели, обеспечивающие стабилизацию ступени в орбитальном полете, тормозные двигателя для спуска с орбиты, теплозащитное покрытие для защиты ступени при входе в плотные слои атмосферы и три парашюта диаметром по 24,4 м. Это оборудование позволит осуществить мягкое приводнение (в океане) ступени длиной 17,7 м и массой 13 600 кг.

Хотя приводнение в океан решается проще, чем посадка на поверхность суши, все же восстановление конструкции возвращенной ступени после воздействия на нее соленой воды существенно увеличит стоимость подготовки ступени к повторному использованию. На первом этапе реализации программы спасения использованных ступеней ракет-носителей задача ограничивается определением степени возможной сохранности ступени после космического полета и суммарного воздействия на нее нагрузок при старте, спуске в атмосферу и приводнении. Результаты этих исследований позволят ориентировочно определить стоимость восстановительного ремонта, который является главным фактором продолжения работ по созданию аэрокосмических аппаратов многократного применения. По предварительным расчетам затраты на восстановление разгонной ступени космического аппарата для вторичного использования могут составить от 1 до 65% ее первоначальной стоимости.

После решения проблемы приводнения возвращенного на Землю космического объекта целесообразно будет перейти к реализации второго этапа программы — посадки его на сушу. Для этого потребуется дальнейшая модификация существующих конструкций ракет-носителей, например, ступени S-IVB. Посадка на сушу исключит трудности поиска ступени в океане и подъема ее на борт экспедиционного судна, предупредит коррозию оборудования.

Ступень типа S-IVB может быть возвращена с околоземной круговой орбиты, отстоящей на расстоянии 240 км от поверхности Земли. Тормозной импульс для спуска с орбиты будет обеспечен четырьмя ракетными двигателями с тягой 2950 кгс. Перед входом ступени в плотные слои атмосферы за ее кормовой частью раскроются три баллюта диаметром по 8,5 м, которые усилят тормозной эффект и создадут устойчивость полета. От воздействия аэродинамического нагрева носовая часть корпуса будет защищена уносимым теплозащитным покрытием, состав которого аналогичен покрытию, используемому для защиты пилотируемого космического корабля одноразового действия. На конечном участке траектории в 9140 м от Земли должны раскрыться три больших парашюта диаметром по 37,8. Они обеспечат дальнейшее гашение скорости спуска до встречи с поверхностью Земли. Разрушаемый бампер, выполненный в виде сотовой алюминиевой конструкции, должен предотвратить повреждение ступени при ударе о грунт. Четыре выдвигающиеся непосредственно перед посадкой опоры предотвращают опрокидывание ступени. Общая масса элементов такого комплекса спасения составит 3580 кг.

На третьем этапе программы создания аппарата многоразового применения предстоит преобразовать конструкцию ракеты ступени S-IVB, сохранив ее геометрические формы. Это реальный путь создания одноступенчатого автономного аэрокосмического аппарата многоразового действия, на который могут быть возложены функции связи с орбитальной станцией, проектируемой на базе ракетной системы «Сатурн». Такой воздушно-космический самолет после автономного вывода на орбиту и совершения космического полета сможет совершать мягкую вертикальную посадку на сушу в заданном пункте.

Рассматриваемый вариант конструкции воздушно-космического самолета будет существенно отличаться по внешнему виду от обычного самолета крылатой конструкции. Если возвращаемый космический аппарат снабдить крыльями, то связанное с этим увеличение веса существенно уменьшит величину полезной нагрузки, доставляемой на орбиту. Поэтому крылатый воздушно-космический самолет прежде всего должен быть двухступенчатым. Нам представляется, что создание крылатых аэрокосмических кораблей станет перспективным лишь на новом этапе развития ракетных двигателей, которые позволят реализовать одноступенчатую схему выведения в космос и использовать один и тот же двигатель как на старте, так и в высотных условиях.

Принципиальное различие между воздушно-космическим самолетом привычного типа, совершающим горизонтальную посадку, и аэрокосмическим летательным аппаратом, спускающимся на Землю вертикально, особенно наглядно проявляется в аварийной ситуации. В случае наступления такой ситуации непосредственно после вертикального старта воздушно-космический самолет должен перейти из вертикального (стартового) полета в горизонтальный (посадочный) полет. Аппарат, совершающий горизонтальную посадку, обязательно требует наличия посадочной полосы соответствующей длины, которой может не оказаться при аварийной ситуации в районе его радиуса планирования. Аэрокосмический же летательный аппарат, совершающий вертикальный спуск и посадку, может в случае возникновения аварийной ситуации на старте приземлиться в любом удобном пункте на поверхности Земли.

Одноступенчатый аэрокосмический летательный аппарат предлагаемой конструкции снабжается четырьмя надувными сферическими поплавками, расположенными между посадочными опорамн. Благодаря этому обеспечивается его безаварийная посадка на поверхность океана. Таким образом, одноступенчатый воздушно-космический самолет с вертикальным взлетом и посадкой в перспективе может стать транспортным средством, более надежным и безопасным для пассажиров, чем современные самолеты.

Одноступенчатый воздушно-космический самолет (рис. 79) может иметь на борту запасной спасательный аппарат — двухместную капсулу «Джеминай». Это повысит безопасность полетов на этапе отработки системы. Согласно проекту аэрокосмический корабль будет иметь длину 18,9 м и сможет совершать посадку, как самолет вертикального взлета и вертикальной посадки. Важной особенностью нового аппарата является наиболее целесообразное использование комбинации ракетного двигателя, имеющего сопло с центральным телом, и системы теплозащиты от аэродинамического нагрева. В конструкции ракетного двигателя предусмотрена кольцевая камера сгорания, за которой расположено усеченное центральное тело сопла, охлаждаемое циркулирующим водородом. При входе аппарата в атмосферу на этапе спуска с орбиты центральное тело сопла выполняет роль теплозащитного элемента. Возможные компоновочные схемы ракетных двигателей с кольцевой камерой сгорания и соплом с центральным телом показаны на рис. 80.

Посадку и старт одноступенчатого аэрокосмического аппарата обеспечивают четыре посадочные опоры, которые в полете убираются в обтекатели. Ракетный двигатель с кольцевой камерой сгорания обеспечивает на старте тягу 123 000 кгс при стартовой массе 98 000 кг. На орбиту при этом может быть доставлено 3670 кг полезного груза.

Основное преимущество крылатого воздушно-космического самолета — это возможность выполнения большого маневра при планирующей посадке в атмосфере. У одноступенчатого аэрокосмического аппарата благодаря перемещению центра масс можно обеспечить при спуске в атмосфере величину аэродинамического качества порядка 0,5. Это позволит при осуществлении маневра по крену обеспечить планирование на расстоянии до 220 км в боковом направлении и до 1480 км в продольном. Такие возможности маневра вполне достаточны для решения большинства обычных задач полета. Ракетная силовая установка аэрокосмического аппарата, создающая при посадке обратную тягу, сможет полностью погасить вертикальную составляющую скорости до момента приземления, что исключит необходимость оборудования дорогих взлетно-посадочных полос.

Одноступенчатый аэрокосмический аппарат может найти широкое применение как в качестве экономичного транспортного средства на маршрутах по трассе Земля — орбита — Земля, так и для решения проблемы разгрузки космического пространства от ранее запущенных и неиспользуемых объектов.

Как уже упоминалось, к середине 1969 г. на орбитах вокруг Земли находилось около 1750 искусственных космических объектов, в том числе приблизительно 1300 космических отбросов (выполнивших свои функции остатков ракет-носителей, утративших работоспособность космических аппаратов) и 450 искусственных спутников, запущенных в США и СССР. По ориентировочным оценкам к 1980 г. количество объектов в космосе может увеличиться до 5000 единиц отбросов и до 1000 работающих полезных аппаратов. Такая засоренность космоса начинает вызывать беспокойство.

Сейчас дозвуковые транспортные реактивные самолеты летают на высоте около 9 км, их защищает от встречи с падающими остатками космических объектов плотный слой вышележащей атмосферы Земли. Создаваемые ныне англо-французские, советские и американские сверхзвуковые пассажирские лайнеры будут летать на высоте, примерно вдвое превышающей высоту полета дозвуковых самолетов. Можно ожидать, что к 1980 г. остатки космических аппаратов будут падать с орбиты на Землю в количестве примерно до 10 единиц в сутки. На высоте полета сверхзвуковых самолетов (18 км) кинетическая энергия падающих космических отбросов еще не будет рассеяна и они создадут реальную опасность разрушения герметизированных кабин летающих на больших высотах самолетов.

В декабре 1967 г. в США была введена система предупредительного (за два месяца) оповещения пилотов самолетов о возможных районах падения обломков космических аппаратов. Наблюдения за падающими с космической орбиты объектами ведутся в настоящее время на 117 регулярных авиалиниях, в том числе и международных. В этих наблюдениях принимает участие и советский Аэрофлот.

Организация Объединенных Наций уже приняла решение, обязывающее государства, которые запускают на орбиту искусственные космические аппараты, нести финансовую ответственность за возможные повреждения п разрушения различных объектов на Земле и в воздухе от столкновения с падающими из космоса деталями ракет и спутников. В следующем десятилетии можно ожидать принятия закона, согласно которому государства, осуществляющие запуски космических аппаратов, должны будут освобождать от выполнивших свои функции верхних ступеней ракет-носителей орбиты, пригодные для использования пилотируемых космических станций. Не исключено, что наступит время, когда авиакомпании будут выплачивать вознаграждения за удаление с околоземных орбит космических объектов, которые представляют определенную опасность для пассажирских самолетов. Оценивая все это, можно представить себе экономические преимущества, которые дает широкое использование одноступенчатых аэрокосмических аппаратов многоразового действия.

Незначительная модификация, главным образом грузового отсека, предлагаемого варианта аэрокосмического аппарата многоразового применения позволит преобразовать его в многоцелевую транспортную систему для доставки грузов на орбиту, спасения космонавтов, попавших в аварийные ситуации, и выполнения других операций в космосе. Представляет интерес сопоставление экономической эффективности и характеристик одноступенчатого аэрокосмического аппарата рассматриваемого типа и двух вариантов двухступенчатых крылатых воздушно-космических самолетов (рис. 81). Экономические преимущества первого над двумя другими совершенно бесспорны.

Одноступенчатый аэрокосмический аппарат может служить средством возвращения на Землю дорогостоящих и ранее отработавших спутников и других автоматических объектов, бесполезно летающих в космосе. Это принесет огромные экономические выгоды, поскольку выполнившие свои функции космические устройства представляют большую ценность. Возможности восстановления и повторного использования оборудования, продолжающего находиться на орбите, будут стимулировать развитие транспортной системы, обеспечивающей возвращение на Землю дорогостоящих космических объектов.

К 1980 г. суммарная стоимость неработающих космических аппаратов, находящихся на околоземной орбите, ориентировочно достигнет 5 млрд. долл. Это — «золотая шахта» в небе. Реальная перспектива использования этих материальных ценностей поможет ускорить разработку аэрокосмических аппаратов новой серии, предназначенных для сбора в космосе отработавших искусственных объектов. По ориентировочным расчетам к 1980 г. на околоземных орбитах будет сосредоточено одних только спутников связи около 230. Стоимость каждого килограмма массы оборудования этих сложных космических аппаратов колеблется от 44 до 110 тыс. долл. Запущенная в 1966 г. орбитальная астрономическая обсерватория ОАО стоимостью в 50 млн. долл. до настоящего времени все еще летает вокруг Земли на высоте 930 км с истощенными энергетическими источниками. Создание эффективной аэрокосмической системы возвращения космических объектов на Землю открывает большие возможности для их повторного использования. Для выполнения указанных функций одноступенчатый аэрокосмический аппарат должен располагать резервом топлива, позволяющим осуществлять поворот плоскости его орбиты до 30°. Это типичный угол между орбитами космических объектов. В аварийной ситуации одноступенчатый аэрокосмический аппарат сможет быть использован также для спасения космонавтов.

В модификации, предназначенной для спасения космических объектов, носовая часть аэрокосмического аппарата будет изготовлена из четырех сегментов, укрепленных на шарнирных подвесках. Эти сегментные панели должны раскрываться в полете на орбите. После раскрытия панелей приводятся в готовность смонтированные под ними внутренние захватывающие устройства для автоматической пристыковки спасаемых космических объектов различной конфигурации. Осуществив захват, аэрокосмический аппарат переходит на траекторию спуска с орбиты. Его закрывшиеся сегментные панели при входе в атмосферу защищают спасаемый объект от аэродинамического нагрева. Операция такого типа не может быть выполнена крылатым воздушно-космическим самолетом многократного применения или самолетом с несущим корпусом, имеющими относительно небольшой диаметр фюзеляжа.

Аналогичный принцип действия заложен в проекте создания экспериментального пассажирского транспортного ракетного корабля «Гиперион» (рис. 82), рассчитанного на доставку 110 пассажиров в любую точку земного шара. Для уменьшения начального веса корабля «Гиперион» в момент его старта предполагается использовать ракетную салазочную тележку, разгоняемую по рельсовому пути и на воздушной подушке. Она будет служить первой ракетной ступенью и придаст значительный импульс скорости аэрокосмическому кораблю. После окончания фазы разгона салазочная тележка останется на поверхности Земли. Разгонная салазочная ступень будет снабжена индивидуальными баками с необходимым для разгона запасом топлива. Сам же процесс разгона на салазках до скорости 1100 км/ч осуществляют основные ракетные двигатели корабля «Гиперион».

Совершая полет со скоростью до 27 400 км/ч пассажирский транспортный ракетный корабль типа «Гиперион» сможет покрыть расстояние между Лондоном и Нью-Йорком менее чем за 30 мин. На всех этапах полета — при взлете с салазочного рельсового пути, при наборе высоты, при входе в атмосферу и при вертикальной посадке пассажиры не будут испытывать больших перегрузок. Однако транспортная система типа «Гиперион» со стартом с рельсового пути обладает существенным недостатком. Для нее требуются специальные космодромы, оборудованные достаточно сложными стартовыми рельсовыми путями, длиною в несколько километров. Поэтому создание данной системы не даст оптимального решения проблемы организации грузо-пассажирского ракетного транспорта. Перспективы проектирования автономных грузо-пассажирских аэрокосмических транспортных средств будут рассмотрены в следующих главах.

Для того чтобы аэрокосмический ракетный транспорт занял свое место среди других установившихся видов транспортных систем, необходимо обосновать его целесообразность и жизнеспособность. Одновременно с очевидными преимуществами этого нового вида транспорта, проявляющимися в увеличении дальности и скорости полета, должны быть рассмотрены вопросы стоимости его производства и экономики эксплуатации.

Как отмечалось выше, на начальных этапах развития одноразовые ракетные аппараты могут лишь наглядно продемонстрировать ряд важных технических и экономических перспектив, которые откроются при внедрении системы возвращаемых ракет-носителей. В процессе эволюции ракетной техники должны быть решены задачи определения возможных характеристик и режимов эксплуатации конечных перспективных типов воздушно-космических самолетов. Предстоит ответить на ряд вопросов. Каким должен быть рациональный воздушно-космический самолет? Будет ли это одноступенчатый аэрокосмический аппарат с вертикальным взлетом и посадкой? Или это должен быть двухступенчатый крылатый аппарат или аппарат с несущим корпусом? Возможно ли создание воздушно-космического самолета с ракетными двигателями на химическом топливе? Или программа разработки должна быть отложена до тех пор, пока не будут освоены летательные аппараты с ядерными двигателями?

Действительно, вероятные характеристики ядерных ракетных двигателей могут полностью обеспечить решение задачи достижения орбитальной скорости полета одноступенчатым ракетным аппаратом. Однако, по-видимому, еще в течение длительного времени не удастся разрешить проблемы защиты пассажиров, летного и наземного обслуживающего персонала от радиационной опасности, а также очистки атмосферы от продуктов радиоактивного распада.

Следует отметить, что внедрение аэрокосмического ракетного транспорта не предполагает полной отмены каких-либо других современных видов транспорта. Новый вид ракетного транспорта должен лишь дополнить уже существующую транспортную систему. Известно множество современных видов транспортных средств, развивающихся независимо друг от друга вопреки законам конкуренции. Так при необходимости срочной перевозки наиболее ценных грузов используется железнодорожный транспорт, иногда отдают предпочтение океанским судам при отсутствии особой срочности. В некоторых случаях для оперативных перевозок применяется автомобильный или воздушный транспорт. Каждый вид транспорта привлекает заказчиков либо сокращением времени перевозки, либо экономическими преимуществами.

Бесспорно, воздушный транспорт является наиболее скоростным. Аэрокосмическая техника позволит существенно увеличить скорости доставки грузов и сократить расход времени на перевозки, что в наш век оказывает решающее влияние на прогресс во всех областях человеческой деятельности. Пассажирский аэрокосмический ракетный транспорт станет самым высокоскоростным при осуществлении межконтинентальных связей.

Мы уже знакомы с преимуществами сверхзвукового пассажирского самолета, который обеспечивает значительно более высокие скорости полета по сравнению с дозвуковыми реактивными самолетами. Другими преимуществами он не обладает. И все же в погоне за скоростью истрачены миллиарды долларов в четырех странах на создание нового вида воздушного транспорта. Ясно, что сверхзвуковой транспортный самолет не отличается экономическими преимуществами, дополнительными комфортом или особой безопасностью для пассажиров. Он лишь экономит время дальнего путешествия. А фактор времени играет решающее значение в межконтинентальных перевозках и при необходимости быстрого перемещения самых срочных грузов и пассажиров. Это благоприятствует ускоренному развитию аэрокосмической ракетной техники, которая вскоре займет достойное место в общей системе транспорта.

В начальной фазе развития аэрокосмический ракетный транспорт будет применяться лишь на расстояниях, характерных для межконтинентальных трасс. Первые космопорты будут отстоять друг от друга на расстоянии не менее чем 4000 км. Когда же новая аэрокосмическая транспортная система получит всеобщее признание, тогда развернется строительство и эксплуатация широкой мировой сети космопортов.

Рассмотрим простейшую экономическую задачу перевозки груза с помощью обычных транспортных средств на типичное расстояние, например, между Нью-Йорком и Лос-Анжелосом. Океанский корабль с грузом должен проплыть вдоль атлантического побережья, затем через Панамский канал и, наконец, вдоль тихоокеанского побережья. Ему предстоит преодолеть общее расстояние 9660 км. При перевозке груза от Нью-Йорка до Лос-Анжелоса по железной дороге или на автомобильном транспорте расстояние составит 4830 км, при использовании воздушного транспорта — около 4000 км. Стоимость океанской перевозки груза равна 0,03 долл. за килограмм, время доставки около 15 суток. По железной дороге груз будет доставлен за 7 суток при стоимости около 0,04 долл. за килограмм. Грузовой автомобиль привезет груз за 5 суток, стоимость доставки 0,09 долл. за килограмм. Самолетом груз будет доставлен за 5 ч, но затраты на перевозку возрастут до 0,44 долл. за килограмм ( для хрупкого груза, такого, например, как электронное оборудование).

Несмотря на относительно высокую стоимость авиационных перевозок, воздушный грузовой транспорт интенсивно развивается в последние годы. Очевидно, что потребитель готов нести дополнительные расходы за срочность перевозки определенных категорий груза.

Расчеты показывают, что за десятилетие между 1970 и 1980 гг. международные пассажирские авиаперевозки возрастут вдвое, а к 1985 г. еще в 4 раза. Существенно быстрее, чем пассажирские перевозки, растет перевозка различных срочных грузов авиационным транспортом. К 1980 г. ожидаемый доход от доставки грузов воздушным транспортом превысит доход от пассажирских авиаперевозок. В следующем десятилетии ожидается 10-кратное увеличение грузовых воздушных перевозок.

Сейчас транспортировка срочных грузов на расстояние в 5650 км между Лондоном и Нью-Йорком с помощью дозвукового реактивного грузового самолета обходится в 0,44 долл. за килограмм, или 0,11 долл. за тонна-милю. Предполагается, что в следующие два десятилетия грузовой аэрокосмический аппарат сможет перевозить сверхсрочные грузы на такое же межконтинентальное расстояние всего за 25 мин при стоимости 0,32 долл. за тонна-милю. Таким образом получается, что стоимость ракетной перевозки грузов вначале будет втрое дороже расходов на воздушную перевозку, но в то же время скорость доставки возрастет в 15 раз. Поэтому без сомнения можно ожидать, что найдутся такие сверхсрочные грузы, своевременная доставка которых экономически оправдает возросшие расходы на транспортировку.

Руководитель одной из ведущих компаний по грузовым перевозкам в США недавно поразил собравшихся на симпозиум в Нью-Йорке членов ассоциации авиационных и космических журналистов, утверждая, что ракетные летательные аппараты начнут широко использоваться для грузовых перевозок, прежде чем сверхзвуковой пассажирский самолет будет приспособлен для экономичной перевозки груза. Он отметил, что пока еще сверхзвуковой лайнер не может быть использован для грузовых перевозок и что его относительно небольшое преимущество в скорости по сравнению с дозвуковыми реактивными самолетами не дает нужного экономического эффекта в связи с малостью полезной нагрузки и конфигурацией фюзеляжа, которая делает его практически непригодным для перевозки объемных грузовых контейнеров.

Сейчас более двух третей всех грузовых перевозок в Соединенных Штатах и Европе осуществляется по суше. Менее одной трети грузов перевозят по воде и менее сотой части по воздуху. Если аэрокосмический ракетный транспорт сможет принять на себя даже одну десятую всех воздушных грузовых перевозок, экономическая целесообразность его развития будет несомненной.

Развитие транспортных систем исторически определялось темпами развития силовых установок. Человек сначала в своих путешествиях по океанам использовал силу ветра. Создание парового двигателя породило развитие железнодорожного транспорта, скорость которого далеко опередила повозочный способ движения с использованием мускульной силы животных. Появление двигателя внутреннего сгорания определило развитие автомобильного транспорта п тихоходной авиации. Современный воздушный турбореактивный двигатель открыл новые возможности увеличения скорости самолетов. Ракетный двигатель позволит превзойти доступный человеку барьер скорости в десятки и сотни раз.

На начальной стадии развития ракетных систем высотные метеорологические ракеты расходовали многие сотни килограмм топлива на каждый килограмм поднимаемой полезной нагрузки. Четырехступенчатая ракета «Скаут» периода 1950-х годов расходовала 115 кг твердого топлива на килограмм полезного груза. В начале 1960-х годов двухступенчатая ракета-носитель «Тор-Аджена D», двигатели второй ступени которой работали на ракетном жидком топливе длительного хранения, расходовала 33 кг топлива на килограмм полезного груза, выведенного на орбиту. В дальнейшем трехступенчатая ракета-носитель «Сатурн-5», двигатели первой ступени которой питаются жидким кислородом и керосином, а двигатели верхних ступеней — жидким кислородом и жидким водородом, сократила расход топлива до 10 кг на килограмм полезного груза. Совершенно четко определяется тенденция развития ракетных двигателей и аппаратов, экономичность которых бесспорно будет возрастать. Аэрокосмические летательные аппараты на химическом топливе смогут еще более уменьшить показатель расхода до 6,3 кг топлива или менее на килограмм полезного груза, выводимого на орбиту.

Улучшение характеристик аэрокосмических систем определяется достижениями в области развития ракетных силовых установок и легких конструкций летательного аппарата. Так, например, кислородно-спиртовое топливо ракеты «Фау-2» обеспечивало условный импульс тяги в размере 280 с (на уровне моря). Это означает, что 1 кг такого жидкого топлива может быть использован для получения 1 кгс ракетной тяги в течение 280 с. Для сравнения укажем, что 1 кг смеси жидкого кислорода и жидкого водорода, применяемой в качестве топлива для современных ракетных двигателей, обеспечивает импульс тяги* до 465 с в условиях вакуума. Высокое значение импульса требует больших степеней расширения в реактивных соплах ракетных двигателей. Реактивное сопло с центральным телом практически обеспечивает нужные степени расширения в широком диапазоне высот полета.

Масса конструкции корпуса, топливных баков, насосов, ракетного двигателя и других частей ракеты «Фау-2» составлял около 25% от полной массы ступени. Достижения в области создания легких конструкций за последние 25 лет позволили довести сейчас типичную массу конструкции корпуса с оборудованием и силовой установки ракеты-носителя до 7,6% от массы ступени. Это огромное достижение современного ракетостроения. У одноступенчатого аэрокосмического летательного аппарата этот показатель будет еще более низким, поскольку в общую массу корпуса с оборудованием и силовой установкой будет включена и полезная масса системы спасения. Отметим, что для воздушно-космического самолета с несущим корпусом удельный показатель полезной массы составит 22,4% от полной массы ступени.

Наиболее скоростным видом транспорта сейчас является сверхзвуковой пассажирский самолет, развивающий скорость до 2200 км/ч. Однако дальность его полета ограничена несколькими тысячами километров. Аэрокосмический летательный аппарат легко обеспечит перелет на противоположную сторону земного шара, т. е. на расстояние около 20 000 км. Для сопоставления отметим, что дозвуковой реактивный самолет DC-10 с 334 пассажирами на борту при полете на максимальную дальность в 5150 км расходует около 66 000 кг топлива на перевозку 36 200 кг полезного груза, или, другими словами, расходует 1,84 кг керосина на килограмм полезного груза в полете на расстояние в 5150 км. При дальности полета типичного пассажирского самолета, равной половине окружности Земли (20 000 км, как у аэрокосмического аппарата), потребность в топливе возрастет до 7 кг на килограмм полезного груза, что близко к указанным выше расходам топлива для перспективных ракетных систем.

Однако для ракетных систем сейчас требуется весьма дорогое топливо. Стоимость керосина для современных самолетных турбореактивных двигателей составляет 0,04 долл. за килограмм. Затраты на получение жидкого кислорода из атмосферного воздуха составляют 0,04 долл. за килограмм. Значительно дороже обходится получение жидкого водорода — по 0,55 долл. за килограмм. Экономичность современных ракетных двигателей сейчас несколько улучшается, так как они работают на смеси компонентов, состоящей из семи частей более дешевого кислорода и одной части дорогого водорода. Суммарная стоимость такого ракетного топлива примерно равна 0,11 долл. за килограмм. В будущем, когда стоимость производства водорода будет снижена втрое, аэрокосмические транспортные летательные аппараты по экономичности достигнут уровня современных самолетов. Вероятность снижения стоимости жидкого водорода является вполне реальной, поскольку приемлемый технологический процесс его получения из природного газа уже разработан. Можно полагать, что стоимость этого топлива после перехода на его производство по новому технологическому процессу не будет превышать 0,2 долл. за килограмм.

Экономичность будущих аэрокосмических летательных аппаратов во многом будет зависеть и от затрат на их разработку и производство. При этом следует оценивать размеры аппарата и величины полезной нагрузки. Как показали проведенные исследования, стоимость разработки аэрокосмического корабля многоразового использования с полезным грузом 3630 кг составит 1,1 млрд. долл. Если будет построено 50 таких кораблей, то стоимость каждого будет равна 16,1 млн. долл.

Для грузовых коммерческих перевозок типичным является проект аэрокосмического летательного аппарата «Гиперион», стоимость разработки которого оценивается в 1,5 млрд. долл. Стоимость каждого корабля примерно будет равна 40 млн. долл. Такой аэрокосмический летательный аппарат сможет перевозить на расстояние 20 000 км полезный груз 18100 кг или 110 пассажиров. Приведенные данные о расходах на разработку и изготовление аэрокосмических летательных аппаратов имеют тот же порядок, что и для сверхзвукового пассажирского самолета. Несмотря на крупные суммы, средства на разработку сверхзвукового пассажирского самолета были все же отпущены.

Расчеты показывают, что для пассажирского аэрокосмического аппарата типа «Гиперион» стоимость билета для полета на околоземную орбиту и обратно, или для полета на расстояние, равное полуокружности Земли (20 000 км), может составлять немного более 3000 долл., что эквивалентно стоимости нескольких воздушных перелетов через океан*.

Оценивая перспективы развития аэрокосмического летательного аппарата (с вертикальным взлетом и посадкой) и сверхзвукового пассажирского самолета, следует учитывать ограничения по звуковому удару. Проблема уменьшения влияния звукового удара на наземные сооружения является сложнейшей инженерной задачей. При полете сверхзвукового пассажирского самолета на умеренных высотах (после взлета или перед посадкой) ощутимый звуковой удар ожидается в полосе шириной от 100 до 160 км вдоль трассы полета. Это может серьезно ограничить разрешаемые полеты над сушей, если избыточное давление на поверхность Земли (создаваемое при полете самолета) не будет снижено до допустимых пределов — менее 12,5 кгс/м². По этой причине полеты сверхзвукового самолета возможно будут в основном разрешены над океанскими просторами. В продолжительном полете над сушей, по-видимому, скорость должна быть дозвуковой, что существенно отразится на экономике такого вида транспорта. Следует отметить, что при горизонтальном взлете воздушно-космического самолета многоразового применения предстоит решать такую же проблему звукового удара, как и при полете сверхзвукового пассажирского лайнера. От этого недостатка свободны аэрокосмические летательные аппараты вертикального взлета и посадки, которым в данном случае можно отдать предпочтение.

Космопорты для аэрокосмических летательных аппаратов нет необходимости располагать в большом удалении от населенных центров. Так, например, центр города Кока-Бич (в штате Флорида, США) расположен в 29 км от базы запуска ракет-носителей «Сатурн-5» на мысе Кеннеди. При запусках космических ракет население этого города ничего, кроме шума, не ощущает. Аналогичная ситуация сложится и при старте аэрокосмических летательных аппаратов, тяга ракетных двигателей которых не превысит величину тяги двигателей ракеты-носителя «Сатурн-5», равной 3 400 000 кгс. При вертикальной посадке аэрокосмического ракетного корабля уровень шума будет на много меньше, чем при его взлете. Значение тяги ракетных двигателей аэрокосмического аппарата, необходимой для уменьшения посадочной скорости и парения непосредственно перед посадкой, значительно снижено. Это становится возможным благодаря тому, что в полете на расстоянии, равном полуокружности земного шара, будет израсходован запас топлива, масса которого составляет около 90% стартовой массы корабля. Таким образом, для совершения типичного посадочного маневра потребуется всего около 10% тяги, необходимой для старта аэрокосмического корабля. Соответственно будет снижен и уровень шума при посадке.

Обычно принято считать, что для межпланетных и орбитальных полетов требуются огромные расходы энергии, несопоставимые с другими видами транспорта. Это — популярное заблуждение, которое легко рассеять следующим примером. Пассажирский самолет типа DC-8 совершает крейсерский полет при величине аэродинамического качества 16 (отношение подъемной силы к аэродинамическому сопротивлению, или отношение веса самолета к тяге реактивных двигателей). Расстояние 4000 км (между Нью-Йорком и Лос-Анджелосом) самолет DC-8 пролетает за 5 ч. В течение всего полета двигатели развивают тягу, равную 1/16 массы самолета. Если бы эта тяга двигателей была реализована при отсутствии сил гравитационного поля Земли и сопротивления атмосферы, то самолет двигался бы с ускорением в 1/16 от величины ускорения гравитационного поля Земли или 0,6 м/с² в течение 18 000 с. В конце этого промежутка времени самолет достиг бы почти второй космической скорости, равной 39 400 км/ч. Таким образом, при обычном полете дозвукового реактивного самолета расходуется примерно такая же энергия, какая затрачивается на орбитальный полет аэрокосмического летательного аппарата. Все дело в том, что самолет в течение всего полета в атмосфере должен преодолевать притяжение Земли и сопротивление атмосферы. Вертикально-взлетающий аэрокосмический летательный аппарат сможет быстро и эффективно преодолеть силы гравитационного поля Земли и сопротивление нижних слоев атмосферы, затратив на это примерно 10% всего времени полета. Примерно 90% времени полета на расстоянии, равном полуокружности земного шара, аэрокосмический летательный аппарат будет двигаться по инерции без расхода топлива.

На рис. 83 показан один из проектов аэрокосмического ракетного корабля «Ромбус» для челночных операций по доставке на околоземную орбиту полезного груза в 360-450 т. Размеры этого корабля значительно превышают размеры аппаратов, описанных в предыдущей главе. Стартовая масса корабля типа «Ромбус», составляет около 6350 т, его ракетные двигатели должны будут развивать тягу на старте в 8200 тс. Аэрокосмический корабль типа «Ромбус» рассчитан на повторное использование сотни раз. Он будет обладать высокой степенью маневренности, сочетать компактность и многоразовость с высокой степенью надежности, а главное обеспечит низкую стоимость вывода полезной нагрузки на околоземную орбиту. По оценкам специалистов фирмы Мак Доннелл-Дуглас такой аэрокосмический корабль может быть создан к середине 1980-х годов.

Многоразовость использования является основной отличительной чертой аэрокосмического летательного аппарата типа «Ромбус». Стоимость вывода полезной нагрузки на околоземную орбиту может быть снижена до 55 долл. за килограмм при использовании этого аппарата не менее 20 раз. К концу 10-летнего периода эксплуатации, после 100-кратного использования корабля «Ромбус», стоимость вывода груза на орбиту может снизиться до 22 долл. за килограмм или менее.

На базе грузового орбитального аэрокосмического корабля типа «Ромбус» может быть создан эффективный пассажирский аэрокосмический аппарат для доставки путешественников и их багажа в любую точку земного шара менее чем за час. Особенности орбитального пассажирского транспорта будут рассмотрены в следующей главе.

Широкое внедрение орбитального пассажирского транспорта можно ожидать в 1990-х годах. На рис. 84 приведен один из проектов межконтинентального пассажирского аэрокосмического корабля типа «Пегасус». Такой аэрокосмический корабль сможет покрыть расстояние в 7000 км между Лондоном и Токио за 34 минуты. Он позволит, например, вылететь из Лондона в понедельник, выполнить дела в Токио во вторник, прибыть обратно в Лондон в тот же понедельник и произнести такую фразу: «Как я уже говорил завтра в Токио...»

В течение десятилетия 1970-80 гг. более 99% всех воздушных пассажиров будут перевезены дозвуковыми самолетами. На воздушные линии выйдут также сверхзвуковые пассажирские самолеты, а за ними, возможно, и гиперзвуковые самолеты. Но следует вовремя учесть и спланировать появление в 1990 г. пассажирских аэрокосмических самолетов, например, типа «Пегасус». К этому периоду будут разработаны и более эффективные способы создания ракетной тяги, основанные на использовании ядерной энергии и электромагнитном ускорении реактивной струи. Думать иначе, значит поставить себя в положение тех, кто только вчера считал космические перелеты научной фантастикой.

Уже сейчас мы обладаем техническими возможностями реализовать проект аэрокосмического корабля типа «Пегасус». Эволюция аэрокосмической транспортной системы типа «Пегасус» основана на том, что аппараты этой системы не подвергаются повреждению после спуска с орбиты и входа в атмосферу. Такие аэрокосмические аппараты многократного применения, выводимые на орбиту с большой полезной нагрузкой, могут быть первоначально созданы на базе проекта «Ромбус» и использованы в качестве грузового космического транспорта, а затем, после доводки, приспособлены для сверхскоростных полетов с пассажирами между отдаленными точками земного шара. В известном смысле межконтинентальный пассажирский аэрокосмический корабль «Пегасус» можно рассматривать как уменьшенный в масштабе 1:5 многоразовый орбитальный корабль «Ромбус», о параметрах которого шла речь в предыдущей главе.

На пассажирском аэрокосмическом корабле типа «Пегасус» с вертикальным взлетом и вертикальной посадкой отсеки для полезного груза будут приспособлены для перевозки 172 пассажиров и 16 300 кг груза в наиболее удаленную точку Земли от места старта. Продолжительность полета на дальности в 20 000 км не превысит 45 мин. Грузовой вариант аэрокосмического транспортного корабля «Пегасус» сможет перевозить 33 500 кг груза, чисто пассажирский вариант рассчитан на перевозку 260 пассажиров и ручной клади. Согласно проекту аэрокосмический корабль типа «Пегасус» будет пилотировать экипаж в составе двух человек.

По данным конструкторского расчета пассажиры на борту корабля типа «Пегасус» не будут испытывать более чем трехкратные пиковые перегрузки на фазах разгона при выходе на орбиту и торможения при входе в атмосферу. Такой пассажирский корабль сможет обеспечить доставку с ракетными скоростями медицинских работников или срочное спасательное оборудование в любой район земного шара, терпящий бедствие. Аппарат такого типа будет наиболее выдающимся достижением в технике пассажирского транспорта после введения самолетов.

Небезынтересно сравнить скорость воздушного транспорта со скоростью аэрокосмического аппарата типа «Пегасус». Можно привести такой пример. Полет от Нью-Йорка до Бомбея на современном дозвуковом самолете занимает 22 ч с чередующимися посадками в Лондоне, Франкфурте и Бейруте. Сверхзвуковой пассажирский самолет лишь немного сократит время такого путешествия. Беспосадочный же перелет на пассажирском корабле «Пегасус» по той же трассе займет около 40 мин. Только аэрокосмический корабль даст возможность использовать околоорбитальную скорость полета для транспортировки пассажиров над земной поверхностью.

С начала космической эры, ознаменованной запуском в СССР в 1957 г. первого в мире искусственного спутника Земли, количество выводимых в космос аппаратов и величина поднимаемой ими полезной нагрузки постоянно росли. Если развитие космической техники и далее будет продолжаться такими темпами, то нетрудно предположить, что деятельность человека в околоземном космосе будет непрерывно активизироваться и орбитальные полеты станут обычным элементом в жизни людей. В первом десятилетии космического века развитие космических кораблей базировалось на предшествующем опыте создания баллистических ракет. Это позволило создать современные ракеты-носители, удовлетворяющие потребности исследовательского характера на первых этапах освоения космоса. Сейчас настало время для нового, решающего шага в развитии космической техники, который сможет обеспечить форсированные темпы исследования и практического использования космического пространства.

Еще недавно казалось, что и челночные полеты по трассе Земля-орбита-Земля, и межконтинентальные ракетные перелеты сможет обслужить единая аэрокосмическая транспортная система. Однако более подробный анализ показывает, что масштабы предстоящих межконтинентальных перевозок будут на несколько порядков превышать масштабы полетов на околоземную орбиту. Поэтому уже сейчас можно говорить о назревшей необходимости начала специализированных разработок межконтинентального аэрокосмического транспорта. В качестве одного из возможных вариантов этого вида транспорта может служить проект пассажирского аэрокосмического корабля «Пегасус».

Известно, что введение каждой новой транспортной системы является важным стимулом увеличения массовости путешествий и особенно на большие расстояния. Это наглядно иллюстрируется развитием океанских судов, поездов, автомобилей и самолетов. С 1958 г., когда дозвуковые реактивные самолеты начали эксплуатироваться на трансатлантических рейсах между Америкой и Европой, число пассажиров на этих маршрутах увеличилось вчетверо, а тоннаж перевезенных грузов возрос в 10 раз. Невиданная ранее скорость перевозки пассажиров межконтинентальным аэрокосмическим транспортом бесспорно приведет к еще более значительным последствиям в ближайшем будущем.

Многоразовость применения, целесообразность одноступенчатой схемы аппарата, возможность вертикального старта и вертикальной посадки на Землю были положены в основу компоновки межконтинентального пассажирского аэрокосмического корабля «Пегасус». Корабль имеет форму усеченного конуса высотой 34,8 м с диаметром основания 15,2 м. Диаметр пассажирского отсека равен 10 м, полная масса корабля 1520 т. Ракетные двигатели обеспечивают тягу 1910 тс. Разработан также грузовой вариант аэрокосмического корабля «Пегасус».

За исключением недорогих в изготовлении сбрасываемых топливных баков, конструкция одноступенчатого корабля «Пегасус» полностью рассчитана на многократное использование. В качестве топлива применяется жидкий кислород и жидкий водород. Восемь цилиндрических наружных топливных баков предназначены для хранения жидкого водорода и сбрасываются после израсходования топлива при полете по восходящей траектории. Запасы окислителя и топлива, необходимые для маневров на орбите, торможения и посадки, содержатся в сферических баках, расположенных в корпусе корабля. Аэродинамическое сопротивление во время торможения корабля при входе в атмосферу достигается смещением продольной оси корпуса относительно направления полета. На период спуска с орбиты корабль будет направлен вперед затупленной донной частью. Аэродинамический нагрев затупленной части центрального тела реактивного сопла (образующей в данном положении носовую часть аппарата) снижается благодаря внутренней циркуляции жидкого водорода по стенкам сопла. Этот способ обычно применяется для охлаждения реактивных сопел при работе ракетных двигателей. Реактивное сопло с центральным телом обеспечивает в течение 43 полетов эффективную защиту корабля как от тепловых потоков, возникающих при работе ракетного двигателя (при выводе на орбиту), так и от аэродинамического нагрева (при входе в атмосферу).

После аэродинамического торможения в атмосфере будет включен основной ракетный двигатель корабля «Пегасус», что позволит создать необходимый тормозной импульс и мягкую посадку на четыре посадочные опоры. Такая вертикальная посадка является дальнейшим развитием принципов, отработанных при мягкой посадке космических аппаратов на Луну.

Проведенные недавно исследования работы реактивных аппаратов и кратковременные горячие испытания всех двигателей перед стартом позволяют надеяться на достаточную надежность конструкции. Безопасность полета гарантируется установкой нескольких двигателей с необходимым резервом тяги. Даже отказ части двигателей не будет препятствовать продолжению полета.

Двигательная система межконтинентального пассажирского аэрокосмического корабля «Пегасус» состоит из расположенных по кольцу (вокруг центрального тела сопла) 20 ракетных двигателей, каждый из которых развивает на старте тягу до 119 тс. Опыт эксплуатации ракетных систем подтверждает целесообразность установки на аэрокосмическом летательном аппарате большого числа малых ракетных двигателей вместо одного большого эквивалентной мощности. Кроме того известно, что двигательный комплекс из малых двигателей оказывается более простым и дешевым в изготовлении. Сборка подобного комплекса не представляет технической проблемы. Примером этому может служить успех советской ракеты-носителя «Восток», имевшей 20 двигателей.

В верхней части корабля «Пегасус» предусмотрен четырехпалубный пассажирский отсек. На каждой палубе установлено по 43 индивидуальных места для лежания пассажиров, где они будут находиться в течение всего периода кратковременного перелета через космическое пространство. Несколько минут полета пассажиры будут испытывать состояние невесомости и удерживаться на своих местах с помощью ремней. При полете корабля «Пегасус» по типичной траектории как на восходящей ее ветви при выходе на орбиту, так и при торможении на этапе спуска вектор ускорения будет иметь одно и то же направление относительно тела пассажира. Перегрузки всегда будут распределяться равномерно по площади спины и других частей тела лежащего на своем месте пассажира. Такая система распределения перегрузок имеет несомненные преимущества перед системой, принятой для крылатого воздушно-космического самолета. При его спуске в атмосферу по планирующей траектории перегрузки на пассажиров будут действовать в противоположном направлении, что вызывает неприятный эффект «выпучивания глаз».

Внутренние лестницы корабля «Пегасус», связывающие его четыре палубы, используются для посадки пассажиров перед взлетом и могут служить при необходимости для аварийной эвакуации. Три наружных входных двери, ведущих в каждую из четырех палуб, обеспечат быструю погрузку и разгрузку пассажиров. Для подавления шумового эффекта пассажирский отсек будет выполнен с двойными стенками из шумопоглощающего материала. Посадку и выход пассажиров планируется проводить через мобильную башню с несколькими лифтами, обеспечивающими подъем людей и багажа с уровня Земли на высоту расположения пассажирских кают (18,3 м).

Из общей массы аэрокосмического корабля «Пегасус», равной 1500 т, на массу конструкции и невырабатываемого остатка топлива приходится 148 т. Приблизительно 20% массы корабля занимают системы, обеспечивающие многоразовость его использования, сюда входят запас жидкого водорода для охлаждения теплозащитного экрана центрального тела сопла, выдерживающего основной нагрев при спуске в атмосфере, и запас топлива для получения ракетной тяги на режимах торможения и висения перед посадкой.

В стандартном варианте аэрокосмического корабля «Пегасус» планируется сброс в полете восьми баков из-под жидкого водорода. Первая группа из четырех баков сбрасывается на 130-й секунде после старта, когда корабль пройдет режим максимального динамического давления. Следующая пара диаметрально расположенных баков сбрасывается 2 мин позднее и последняя пара через 6 мин после старта, когда будут выключены главные двигатели. Если аэрокосмический корабль запускается из космопорта, расположенного на берегу моря или океана, то пустые баки из-под водородного топлива падают в море, не причиняя никакого ущерба. Если же площадки для запуска аэрокосмических кораблей будут оборудованы вблизи городов, то потребуется унитарная компоновка корабля без сбрасываемых элементов. В данном варианте корабля «Пегасус» внешние баки в полете не сбрасываются, отсутствует и необходимый для спуска в атмосфере (без баков) тяжелый стабилизатор. Восемь несбрасываемых цилиндрических топливных баков подвешиваются к корпусу корабля на шарнирных узлах. В процессе спуска в атмосфере экипаж использует отклоняющиеся на шарнирах баки как средство для управления траекторией полета подобно воздушным рулям и тормозам.

Проведенные расчеты показывают, что для полетов аэрокосмического пассажирского корабля «Пегасус» на большие расстояния, например, на беспосадочный полет из Рио-де-Жанейро в Токио (18 600 км), потребуется полная заправка баков топливом. При постоянной величине полезной нагрузки (172 чел.) и полете на меньшие расстояния корабль сможет взлетать с неполностью заправленными топливными баками. Например, для полета из Лондона в Нью-Йорк топливные баки могут быть заправлены только на 56%. Ракетные двигатели корабля в таком полете будут работать на пониженной тяге. Отношение тяги к весу на старте всегда должно быть рявно 1,25. Аэрокосмический корабль «Пегасус» может быть легко приспособлен для полетов с неполным запасом топлива путем снятия части внешних топливных баков с водородом. Внутренний сферический кислородный бак в этих случаях будет заполняться неполностью.

При выполнении типичного полета на максимальную дальность силовая установка аэрокосмического корабля «Пегасус» будет выключена приблизительно через 6 мин после старта, на высоте около 130 км. Дальнейший полет по восходящей ветви траектории продолжительностью около 12 мин корабль будет совершать по инерции. По достижении апогея, на высоте 235 км. корабль начнет постепенно снижаться в течение 13 мин, а затем наступит этап аэродинамического торможения при входе в плотные слои атмосферы с высоты примерно 120 км. Из общего времени перелета по маршруту Калифорния-Сингапур продолжительностью 39 мин корабль «Пегасус» в течение 25 мин будет находиться за пределами атмосферы.

При взлете корабля «Пегасус» значение испытываемых пассажирами перегрузок * не должно превышать 1,25. По мере выработки топлива и разгона корабля будет уменьшаться тяга ракетных двигателей. При этом величина перегрузки увеличится до 3 единиц. Экипаж управляет работой двигателей в течение всей фазы набора высоты. На последнем этапе выключаются главные двигатели. При спуске, перед входом в плотные слои атмосферы, включается в действие реактивная система управления, которая разворачивает корабль наклонно (под углом 49°) к траектории носовой частью вверх. Когда в результате аэродинамического торможения почти полностью будет погашена горизонтальная составляющая скорости, система управления разворачивает корабль его основанием (донной частью) вперед по полету. Затем включаются четыре блока ракетных двигателей для дальнейшего торможения и почти полного гашения вертикального компонента скорости вблизи поверхности Земли. Аэрокосмический корабль перед посадкой сможет совершать полет на режиме висения продолжительностью 10 с и перемещаться в горизонтальном направлении в любую сторону на расстояние до 300 м непосредственно перед касанием грунта своими четырьмя опорами. Установленное на борту автоматическое устройство для проверки основных систем корабля обеспечит быструю его подготовку к следующему полету.

В аварийных ситуациях аэрокосмический корабль «Пегасус» сможет совершать посадку на поверхность океана или моря. В данном случае он будет устойчиво держаться на воде, опираясь на четыре сферических понтона, которые автоматически надуваются под основными посадочными опорами.

Герметизированная кабина двухместного отсека для экипажа устанавливается в центральной части аэрокосмического корабля «Пегасус», над сферическим баком с жидким кислородом. Экипаж попадает в отсек управления через наружную дверь и внутренний наклонный проход, а затем через воздушный шлюз. Через этот шлюз члены экипажа могут выходить в открытый космос для выполнения работы снаружи корабля, например, при полетах по околоземной круговой орбите. При типичных межконтинентальных перелетах управление будет осуществляться с помощью бортовой вычислительной машины при участии экипажа.

Выступающая наружу часть герметизированной кабины экипажа закрывается теплозащитным щитом, предохраняющим окна кабины от интенсивного нагрева при входе в атмосферу. Непосредственно перед посадкой этот щит опускается и экипаж получает возможность наблюдать место посадки через окна кабины. Таким образом обеспечивается управление посадкой корабля и его приземление на определенной площади межконтинентального космопорта.

Перед посадкой, на высоте 760 м, включаются в работу на режиме пониженной тяги четыре двигательных блока. Чтобы в процессе торможения не превысить двухкратного значения перегрузки, двигатели должны развивать тягу не более 278 тс. Постепенно тяга двигателей уменьшается (в течение 12 с), обеспечивая точный баланс с весом аэрокосмического корабля. После выполнения маневра висения ракетные двигатели автоматически выключаются и корабль плавно опускается на площадку космодрома. В момент касания происходит обжатие стоек шасси.

Для определения заданного пункта посадки на аэрокосмическом корабле «Пегасус» намечено установить систему навигации и автоматического наведения, подобную той, которая используется на других космических летательных аппаратах. При помощи этой системы осуществлялась посадка лунных аппаратов типа «Рейнджер» и «Сервейер» на поверхность Луны с отклонением от намеченного пункта прилунения от 4,8 до 32 км. Поскольку полетное расстояние до Луны превышает в 20 раз маршрут перелета, на который рассчитывается аэрокосмический корабль «Пегасус», можно ожидать существенного повышения точности его посадки. Возвращаемые капсулы космических кораблей «Джеминай» и «Аполлон» доставляли космонавтов к заданному пункту приводнения в океане с точностью от 0,8 до 6,4 км. Расчетчики полагают, что для посадки аэрокосмического пассажирского корабля «Пегасус» в космопорту потребуется посадочная площадка эллиптической формы с размерами, не превышающими 3,2 км по длине и 1,6 км по ширине. Для гарантирования безопасности вокруг посадочной площадки должна быть выделена эллиптическая зона шириной 3,2 км и длиной 6,4 км, свободная от строений, и не имеющая специального покрытия.

Следует отметить, что взлетно-посадочные полосы современных аэропортов длиной в 3 км также требуют расширения для обеспечения посадки сверхзвукового пассажирского самолета.

Для практической реализации проекта «Пегасус» потребуется еще преодолеть барьер психологических сомнений в работоспособности и перспективности конструкции. Внешний облик аэрокосмического корабля и его необычная компоновка, огромные скорости и дальность маршрутов, пролегающих через космос, бесспорно, являются факторами, препятствующими признанию новой конструктивной схемы, несмотря на ее явные технические преимущества. Обычно возникает вопрос, как может летать такой аппарат, не имеющий даже крыльев! Но эти сомнения будут иметь место только вначале, до организации опытных полетов. Так было и в прошлом, при внедрении новых средств транспортной техники. Известно, что многие первоначально отказывались пользоваться автомобилем в период появления его первых конструкций. Корабль, приводимый в движение паровым двигателем, пересек Атлантический океан в 1838 г. Однако океанские парусные суда еще долгое время разрабатывались консервативными судостроителями. Потребовалось по крайней мере 45 лет для преодоления неверия в возможности паровых двигателей.

Надо полагать, что в наш век современной техники удастся намного быстрее убедить сомневающихся в преимуществах одноступенчатых аэрокосмических пассажирских кораблей типа «Пегасус» как нового вида сверхскоростного транспорта.

Стоимость разработки корабля «Пегасус» по предварительным оценкам составит 3 млр. долл. На строительство первого летного образца такого корабля будет израсходовано около 63 млн. долл. Если будут построены 50 кораблей «Пегасус», то стоимость каждого снизится до 30 млн. долл.

Космическая эра открыла человечеству возможности путешествии с огромными скоростями. Настала пора определить наши реальные потребности в новом виде транспорта. Десятки тысяч людей сейчас вынуждены регулярно совершать срочные поездки, располагая для этого крайне ограниченным временем. Разного рода специалисты, представители фирм, руководители предприятий и учреждений, государственные деятели нередко вынуждены выезжать для проведения срочных консультаций, участия в совещаниях, принятия принципиальных решений, инспектирования и контроля на местах. Поэтому есть все основания полагать, что в ближайшие два десятилетия все сомнения в необходимости создания нового вида аэрокосмического транспорта будут рассеяны и он займет подобающее ему место в общей системе транспортных коммуникаций.

Оптимальные размеры ракетного транспорта следует выбирать как исходя из научно-технических возможностей его проектирования и производства, так и с учетом экономической эффективности его эксплуатации. В предыдущих главах были последовательно рассмотрены проекты одноступенчатых аэрокосмических летательных аппаратов многоразового действия с диапазоном изменения стартовой массы от 98 т (экспериментальный аппарат) до 6350 т (грузовой аэрокосмический корабль типа «Ромбус»). Можно полагать, что вслед за созданием межконтинентального пассажирского аэрокосмического аппарата «Пегасус», рассчитанного на перевозку 172 пассажиров, возникнет потребность в производстве кораблей еще большего масштаба для массовой перевозки людей. Уже сейчас разработан проект межконтинентального транспортного аэрокосмического корабля типа «Итакус» с пассажирским салоном на 1200 человек.

Корабль «Итакус» имеет такую же форму усеченного конуса, как и другие транспортные варианты космической техники, о которых речь шла выше. Высота корабля 64 м, диаметр пассажирского отсека 21 м, диаметр донной части 24 м. стартовая масса достигает 6400 т. Аэрокосмический корабль «Итакус» рассчитан на управление экипажем в составе 4 человека. Ракетные двигатели могут развивать тягу до 8200 тс. Диаметр каждого из восьми подвесных топливных баков равен 7,6 м. В верхней части корабля «Итакус» будет расположен герметический шестипалубный пассажирский отсек с 200 индивидуальных мест для лежания пассажиров на каждой палубе.

Интенсивность шума, генерируемого при запуске аэрокосмического корабля типа «Итакус», будет в 2,5 раза превышать интенсивность шума ракеты-носителя «Сатурн-5». Такой высокий уровень шума потребует поиска новых решений. Предварительные исследования показывают, что средства подавления акустического воздействия должны быть специально предусмотрены при разработке конструкции аэрокосмического летательного аппарата столь больших размеров.

Для аэрокосмических аппаратов типов «Ромбус» и «Итакус» в целях снижения акустических нагрузок в период запуска была предложена специальная форма бетонного параболического котлована на стартовой площадке с фокусом, находящимся примерно на уровне 160 м. В момент старта, когда аэрокосмический корабль медленно трогается с места, основной источник шума — его ракетный двигатель — находится ниже фокуса параболы. Это приводит к рассеиванию акустической энергии в стороны. Проведенные расчеты показали, что рефлектор параболического котлована стартового комплекса для корабля типа «Итакус» должен иметь диаметр 150 м. Дополнительное снижение уровня шума может быть достигнуто наполнением донной части рефлектора водой. На поверхности воды после запуска ракетных двигателей начнется сильное волнение. В результате, под действием реактивной струи, образуется неправильная, почти параболическая, форма поверхности зеркала воды, которая дополнительно рассеивает акустическую энергию и снижает уровень шума.

Проектом аэрокосмического корабля «Итакус» предусмотрены двух-трехкратные перегрузки на пассажиров в полете при их удобном расположении на индивидуальных местах для лежания. Следует отметить, что такие перегрузки легко переносятся человеком. Так, система аварийного торможения стандартного лифта рассчитана на перегрузки до трех единиц, причем эти перегрузки испытывают пассажиры лифта стоя на полу кабины. Перегрузки в лежачем положении переносятся значительно легче. Перегрузки, воздействующие на пассажиров аэрокосмического корабля типа «Итакус», не превышают того уровня, который испытывают катающиеся на русских (американских) горках в парках.

В связи с большими размерами аэрокосмических кораблей типа «Итакус» возможно потребуется организация их посадки на водную поверхность после спуска с орбиты.

К 1980 г. будет достигнута высокая экономическая эффективность космических исследований. Удастся полностью проанализировать широко поставленные разнообразные эксперименты, проведенные непосредственно в интересах человечества с помощью автоматических и обитаемых исследовательских космических орбитальных лабораторий. Общество получит новые большие возможности в областях прогнозирования урожая и контроля за развитием сельскохозяйственных посевов, инвентаризации и охраны лесных ресурсов, прогнозирования погоды, контроля за загрязнением атмосферы, картографирования, изучения и использования водных ресурсов, организации помощи рыболовному флоту и коммерческому судоходству. Существенно продвинется решение проблемы глобального распределения минералов, нефти и пресной воды. В ограниченных масштабах станет возможной организация промышленных исследований по методам производства новых материалов в условиях отсутствия гравитации.

Имея в виду реальные потребности общества в ближайшем будущем, специалисты фирмы Мак Доннелл-Дуглас разработали проект комплексной космической орбитальной станции со штатом сменяемых экипажей 20 чел. На околоземных орбитах будут функционировать базисные исследовательские государственные космические станции. Предполагается, что промышленные орбитальные космические станции, представляющие собой отдельные отсеки специализированного назначения, будут раздельно выводиться на орбиту и стыковаться с базисной исследовательской космической станцией. Для работы на промышленных космических станциях должен готовиться специальный научный персонал.

Какой экономический эффект даст совместное использование базисных исследовательских и промышленных коммерческих космических орбитальных станций? При составлении реальней сметы следует стремиться к сокращению затрат на снабжение и смену персонала орбитальных станций. Эти затраты составляют примерно половину суммарных расходов на реализацию программы. Снижение затрат на доставку грузов и смену персонала сможет быть обеспечено при использовании в качестве транспортного средства многоразовых аэрокосмических летательных аппаратов. Кроме того, не снимается необходимость принятия специальных мер для создания нормальных условий жизнедеятельности персонала орбитальных космических станций с целью повышения длительности его пребывания в космосе до прибытия очередной смены.

При определении сметы расходов многое будет зависеть от содержания отдельных задач намеченной программы и от возможности использования в космосе методов наземной технологии. Создание специализированных отсеков космических орбитальных станций является только частью общей программы. Потребуется значительное усовершенствование методов анализа собираемой станциями информации, ее хранения и распределения. Решение только одних этих задач с помощью соответствующих вычислительных центров смогло бы революционизировать в глобальных масштабах сложный процесс обработки информации, необходимой государственным учреждениям, научным организациям и промышленности. Огромный экономический эффект будет достигнут, если вычислительные центры смогут передавать через спутники связи необходимую информацию непосредственно в органы управления, в лаборатории, на заводы и фабрики. Своевременная обработка и передача информации, ее широкое практическое применение в интересах человечества ускорят процесс исследований и использования земных ресурсов.

Предполагается, что все функции по содержанию общего оборудования базисной исследовательской орбитальной космической станции будет выполнять экипаж государственных служащих. Командир станции и его два заместителя должны нести службу круглосуточной вахты. На административного помощника командира возлагается ведение вахтенного журнала станции, обеспечение хозяйственной деятельности и организация связи с персоналом промышленных станций и их лабораториями. В состав медицинского персонала включаются терапевты и хирурги, знакомые с особенностями космической медицины, и другие специалисты-медики.

Основные лаборатории базисной исследовательской орбитальной станции, их подсистемы и оборудование обслуживаются операторами и техническим персоналом этой станции, которые должны оказывать, кроме того, помощь персоналу промышленных станций по обеспечению работы и обслуживанию их технического оборудования.

Научная группа станции, многие члены которой будут иметь степень доктора наук, с помощью вспомогательного персонала сможет проводить необходимые исследования в таких областях, как геология, метеорология, сельское хозяйство, океанография и гидрология. Шесть членов этой группы должны представлять гражданские организации: Бюро погоды, Департамент сельского хозяйства, Департамент торговли и др. Остальные научные работники будут представлять промышленные учреждения по добыче нефти, ведению рыбного промысла, организации судоходства и гидростроительства.

Персонал промышленных станций сможет вести одновременно несколько исследовательских тем (не более трех человек на каждую тему). Научные работники будут размещаться на базисной исследовательской станции. Работу же им предстоит выполнять в индивидуальных исследовательских промышленных лабораториях-станциях, пристыкованных к базисной. Персонал базисной станции — специалисты по связи и медицине, операторы и техники, которые являются государственными служащими и работают по международному плану исследования космического пространства, в необходимых случаях смогут оказывать помощь экипажам промышленных космических станций, представляющим ведущие промышленные компании.

Разработанный по таким организационным принципам проект комплексной орбитальной космической лаборатории (рис. 85) предусматривает использование модульной структуры станции, составленной из секций космических кораблей, которые были разработаны в предыдущем десятилетии в соответствии с программой полета на Луну. Это определило длину базисной станции (39,6 м) и ее диаметр (10,06 м). Масса конструкции базисной станции составит примерно 38500 кг, общая масса с оборудованием и необходимыми запасами достигнет примерно от 68040 до 90720 кг.

На комплексной станции выполнение основных функций по-возможности будет распределено между экипажами различных секций (модулей). Жилые отсеки экипажа займут 3, 5 секции базисной станции. Здесь будут находиться командный центр, кают-компания для отдыха и питания космонавтов, санитарный узел, гимнастический зал и медицинский пункт. Каждому члену экипажа отводится индивидуальная жилая ячейка площадью 2,3 X 2,3 м, достаточная для размещения постели и личных предметов. Общая площадь пола жилых помещений базисной станции и помещений для отдыха экипажа составляет примерно 278,7 м².

В носовом и кормовом отсеках космической станции размещены причальные устройства для приема прилетающих с Земли челночных аэрокосмических летательных аппаратов. Тут же расположены шлюзы для выхода из станции в открытый космос, необходимые складские помещения и оборудование для внекорабельных работ, включающее космические скафандры и индивидуальные реактивные ранцевые системы для перемещения космонавтов в космосе вблизи станции. В смежных отсеках размещено криогенное оборудование, системы жизнеобеспечения, запасы продовольствия, запасные части, инструменты и другое ремонтное оборудование. В остальных отсеках и в носовом конусе установлено электронное оборудование, оборудование связи и обсерватория для наблюдения за Землей. Сообщение между отсеками космической станции осуществляется по центральному туннелю.

К разработанной конструкции базисной исследовательской орбитальной космической станции могут быть пристыкованы от четырех до шести промышленных исследовательских и технологических лабораторий (станций), оборудованных для проведения различных экспериментов. Расходы по созданию и содержанию этих лабораторий будет нести промышленность, для их обслуживания должен специально готовиться технический персонал. Промышленные станции выводятся на орбиту с полным оборудованием и необходимым комплектом продовольствия и запасных частей. Однако предусматривается, что персонал промышленных станций будет пользоваться жилыми и бытовыми помещениями базисной станции, получать от базисной станции необходимую электроэнергию и другие услуги.

Промышленная космическая станция выводится на орбиту и пристыковывается к базисной космической станции с помощью транспортного аэрокосмического корабля службы снабжения станций. Масса промышленной станции с комплектом запасов на 6 месяцев составляет примерно 13 608 кг, ее длина равна 9,14 м и диаметр 6,09 м.

После выполнения заданного объема работ персонал промышленной станции возвращается на Землю при очередном рейсе транспортного аэрокосмического, корабля. Сама же станция может быть либо оставлена на орбите для дальнейшего использования, либо уведена с орбиты и уничтожена в плотных слоях атмосферы вдали от населенных пунктов и промышленных объектов.

Задача обеспечения рассматриваемой комплексной орбитальной станции электрической энергией — весьма сложная. Потребная мощность порядка 50 кВт превосходит возможности радиоизотопных космических электростанций. Солнечные батареи такой мощности были бы слишком громоздкими. Поэтому проектировщики фирмы Мак Доннелл-Дуглас прогнозируют использование на космических станциях реакторных ядерных электростанций.

С целью снижения веса экранов, предназначенных для защиты персонала станции от радиоактивного излучения, блок ядерной электростанции предусматривается установить на выносной штанге на расстоянии 30,5 м за кормой базисной станции. Защитные экраны ядерной электростанции должны обеспечить полную безопасность экипажей и оборудования комплексной космической станции и причаливаемых транспортных аэрокосмических аппаратов. Суммарная масса блока ядерной электростанции мощностью 50 кВт составит примерно 11 340 кг. Блок ядерной электростанции содержит ядерный реактор тепловой мощностью 700 кВт на ураново-гидрид-циркониевых топливных элементах; необходимые средства защиты от радиоактивного излучения; энергопреобразователь, работающий по циклу Рэнкина или Брайтона; радиатор для отвода отработанного тепла.

Электрическая энергия используется в системе жизнеобеспечения комплексной космической станции. С помощью электролиза из воды повторного использования на станции вырабатывается необходимый для дыхания кислород. Получаемый при электролизе водород вместе с улавливаемым углекислым газом используются в плазменных электрореактивных двигателях для коррекции орбиты космической станции. При этом плазменные электрореактивные двигатели обеспечивают большую скорость истечения реактивной струи и соответственно высокие значения удельного импульса (отношение тяги к секундному расходу рабочего тела). Абсолютная величина тяги плазменных двигателей невелика, порядка 1 тс тяги на 1 кВт затрачиваемой электроэнергии. Но благодаря длительному действию малой тяги плазменных двигателей этого вполне достаточно для коррекции и поддержания стабильности орбиты космической станции.

Для хранения больших объемов информации на базисной космической станции и в отсеках промышленных лабораторий специалисты фирмы Мак Доннелл-Дуглас предлагают использовать фотографическую технику, которая в сочетании с перспективной лазерной технологией обеспечит запись и считывание информации. При этом объем хранимой информации уменьшается примерно в 100-1000 раз по сравнению с объемом магнитофонной записи. В случае необходимости, для быстрого анализа результатов наблюдений или экспериментов, значительная часть информации может быть оперативно передана на наземную базу через систему спутников связи.

Согласно расчетам стоимость элементов программы и годовая стоимость создания и эксплуатации рассмотренной базисной орбитальной космической станции будут следующими:

Дебет Станция Запасные части и агрегаты Доставка экипажа и грузов Управление операциями Подготовка экипажа Руководство программой Зарплата персонала Актив Арендная плата за обслуживание четырех промышленных станций

млн. долл. за комплект 10 2 101 54 20 4,9 1,2 Сумма 193,1 24,0 Итого 1694

В стоимость базисной станции включены затраты на ее постройку и приобретение технического и приборного оборудования. Расходы на доставку экипажа и грузов определены с учетом шестимесячного цикла пребывания персонала станции на орбите и необходимой годовой транспортировки на станцию 22 680 кг различных припасов. Для этого потребуется совершать два полета в год с Земли на станцию и обратно девятиместного аэрокосмического летательного аппарата с грузовым контейнером, рассчитанным на 11 340 кг. Для полной смены экипажа станции в составе двадцати человек будут использованы рейсы аэрокосмических кораблей, доставляющих на орбиту (к базисной станции) отсеки промышленных космических станций.

Годовые расходы на создание и эксплуатацию государственной базисной орбитальной космической станции (195,1 млн. долл.) могут быть уменьшены за счет арендной платы за обслуживание пристыкованных к ней промышленных станций, которая составит примерно 6 млн. долл. с каждой промышленной космической станции.

Расчетная годовая стоимость создания и эксплуатации одной промышленной космической станции будет следующей:

Дебет Станция В том числе: лабораторный отсек лабораторное оборудование Доставка станции и персонала (3 чел.) на орбиту Стоимость эксплуатации В том числе: расходы на приборное оборудование управление операциями подготовка экипажа зарплата персонала арендная плата за обслуживание на базисной станции

млн. долл. за комплект 10 5,0 5,0 50 21,2 2,0 7,0 6,0 0,18 6,0 Итого 81,2

Экономическая эффективность комплексной орбитальной космической станции будет зависеть от полезности совершаемых ею операций и специфичности решаемых задач, которые могут быть выполнены только в условиях орбитального полета. Расчеты показывают, что даже выполнение отдельных уникальных задач на орбите будет оправдывать затраты на создание комплексных космических станций. Это подтверждается анализом, данным в первой главе, где рассмотрены области практического применения орбитальных космических станций. Можно не сомневаться в значительной экономической эффективности и перспективности использования орбитальных станций в интересах улучшения условий жизни на Земле.

Сотрудники фирмы Мак Доннелл-Дуглас исследовали одиннадцать основных областей практического применения орбитальных промышленных космических станций. Представляют интерес результаты прогнозирования экономической эффективности промышленных космических станций.

Сельскохозяйственная инспекция, обеспечивающая сейчас раннее обнаружение болезней посевов, позволяет уменьшить потери урожая на сумму до 100 млн. долл. в год. Космическая сельскохозяйственная инспекция сможет сократить средства, реально расходуемые сейчас на эти цели Департаментом сельского хозяйства США (по контрактам с фермами), на 40 млн. долл. в год. Космическая сельскохозяйственная инспекция сможет также оперативно предупреждать о приближении таких стихийных бедствий, как землетрясения, цунами, наводнения, засуха, неурожай, ураганы и тайфуны. Это позволит принимать своевременные меры защиты и помощи в борьбе со стихией.

Перспективно также использование космических станций в области картографирования. Уникальные возможности оперативной разведки местности и уточнения карт земной поверхности из космоса принесут большой экономический эффект. Только годовая экономия по уточнению карт составит примерно 10 млн. долл.

Промышленные космические станции будут с успехом использованы для сохранения лесных богатств. Анализ показывает, что инвентаризация лесного хозяйства с помощью космических станций будет экономичнее на 40% по сравнению с наземными методами. Обнаружение лесных пожаров с космических станций позволит уберечь от огня до 8% общей площади леса, что даст прямую экономию в 32 млн. долл.

Организация непрерывного наблюдения с космических станций за континентальным шельфом, устьями рек, морями и океанами обеспечит необходимые данные о миграции рыб и будет способствовать развитию рыболовной индустрии. Откроются новые возможности для прокладывания рационального курса рыболовных флотилий и регулирования оптимальной добычи рыбы. Подсчитано, что Национальная океанографическая программа ежегодно увеличивает добычу рыбы в США на сумму 600 млн. долл. Использование наблюдений с орбитальных космических станций в интересах рыболовства повысит этот доход на 50 млн. долл.

Проводимые с космических станций географические исследования будут способствовать оптимальному использованию земель, развитию транспортных магистралей, оптимальной миграции населения и заселению новых земель. Важными являются также проблемы исследования с космических станций гидрологических ресурсов Земли.

По расчетам Департамента торговли США ежедневное потребление воды в стране возрастет с 1,4 млрд. кубометров в 1969 г. до 1,9 млрд. кубометров к 1980 г. На ежегодное увеличение потребления воды в США расходуется сейчас капиталовложений на сумму 40 млн. долл. Подсчитано, что половину этой суммы, т. е. 20 млн. долл. в год сейчас и 100 млн. долл. в год в 1980 г., можно сэкономить при использовании информации с космических станций о снежном и ледяном покрове Земли, состоянии растительности и геоморфологии бассейнов рек. Космическая информация будет способствовать также правильному регулированию режима водных источников, что сулит большой экономический эффект. Так, например, для канадской гидроэлектростанции средней мощности точный прогноз о возможном увеличении на 1% расхода воды в период с апреля по август дает дополнительный доход на сумму в 1 млн. долл.

Использование космических станций для определения новых площадей залежей полезных минералов может приносить годовую экономию в 10 млн. долл.

Весьма плодотворные результаты может дать организация наблюдений с орбитальных космических станций в интересах океанографии. Большой экономический эффект ожидается от комплексного сбора океанографической информации с помощью чувствительных датчиков, установленных на космических станциях, и данных измерений, выполняемых океанографическими судами и буями. Орбитальные исследования минеральных ресурсов побережья морей и океанов могут дать доход порядка 10 млн. долл. в год.

Орбитальные космические станции могут экономично разведывать новые нефтеносные районы. Подсчитано, что к 1980 г. стоимость ежегодно добываемой в США нефти увеличится до 8 — 9 млрд. долл. в год. Использование орбитальных средств поиска нефтяных месторождений увеличит ежегодный экономический эффект не менее чем на 50 млн. долл.

Большие экономические преимущества может дать также определение с помощью космических станций оптимальных океанских маршрутов для кораблей. Стоимость одного дня плавания океанского корабля составляет от 1000 до 10000 долл.; прогноз океанских течений ветров и состояния водной поверхности (волнистости) может существенно сократить сроки плавания. В качестве примера рассмотрим проведенный Океанографическим бюро анализ системы прогноза степени волнения поверхности океанов; как выяснилось, такая система прогноза экономит в среднем 18-20 ч плавания через океан в любую погоду. В 1980 г. экономический эффект от оптимального указания океанских маршрутов составит примерно 450 млн. долл. В основу этого расчета положены 180 000 прогнозируемых пересечений кораблями океанов в год и средняя стоимость плавания одного корабля в 3000 долл. в день. Определение оптимальных путей следования океанских кораблей будет базироваться как на данных беспилотных метеоспутников, так и на подробных исследованиях, проводимых с помощью орбитальных космических станций.

Экономический эффект обеспечиваемого орбитальными станциями точного долговременного прогноза погоды (с учетом его использования в различных областях человеческой деятельности) не может быть оценен сейчас достаточно строго. По данным Национального исследовательского совета Академии Наук США этот экономический эффект превышает 2 млрд. долл. в год. При расчете учитывался эффект, который может быть достигнут благодаря рациональному использованию и развитию природных ресурсов, сельского хозяйства, транспорта, торговли и предупреждению стихийных бедствий. Не была учтена возможная экономия в промышленности, доходы от туризма и организации отдыха, а также экономия в личном бюджете каждой семьи.

Только годовой экономический эффект от предупреждения наводнений и штормов составит белее 70-140 млн. долл. Защита строительных сооружений от стихийных бедствий дает экономию в 1 млрд. долл., защита тепловых и гидроэлектростанций и линий электропередач — 530 млн. долл., защита фруктовых насаждений и овощеводства — 500 млн. долл., защита поголовья животных — 450 млн. долл. По расчетам Станфордского исследовательского института, например, для стран Юго-Восточной Азии экономический эффект благодаря надежному прогнозу погоды составит примерно 700 млн. долл. в год. Известно также, что прогноз ураганов дает для Североамериканского континента ежегодную экономию в среднем, равную 309 млн. долл.

Следует отметить, что стоимость эксплуатации орбитальных космических станций службы точного прогнозирования погоды составит примерно 25 млн. долл. в квартал. В то же время для сельского хозяйства США надежный двухнедельный прогноз погоды даст экономический эффект по разным оценкам от 4,3 до 11,0 млрд. долл. Таким образом, использование орбитальных космических станций только лишь для организации метеослужбы оправдывает идею их создания.

В целом по расчетам специалистов фирмы Мак Доннелл-Дуглас в 1980 г. суммарный доход от использования промышленных орбитальных космических станций составит 6,7 млрд. долл. В эту сумму не включен большой доход от орбитальных космических станций, используемых для прогноза погоды, поскольку эти задачи, по-видимому, будут выполняться базисными государственными космическими станциями. Расходы на создание, стыковку и годовую эксплуатацию базисной орбитальной станции с одной промышленной станцией составят 262 млн. долл. (с учетом транспортировки персонала станций с Земли на орбиту и обратно). Из этой суммы 147 млн. долл. могут быть возмещены заказами промышленных и коммунальных предприятий, использующих блок станций в своих интересах, а 115 млн. долл. будут компенсированы за счет экономического эффекта, получаемого государством. Таким образом, промышленные орбитальные космические станции будут рентабельными, начиная с первой стадии их создания. Приведенные экономические оценки рентабельности промышленных орбитальных космических станций следует считать крайне заниженными, особенно, если учитывать опыт работы Корпорации спутников связи. Доходы этой Корпорации возросли втрое за период с 1966 по 1968 гг. В последующие пять лет ожидается стократное увеличение доходов Корпорации.

Промышленные орбитальные космические станции будут способствовать также разработке принципиально новых технологических процессов в условиях отсутствия гравитационных сил. Анализ перспектив развития на космических станциях уникальных технологических процессов был проведен бывшим заместителем директора НАСА по пилотируемым полетам доктором Г. Мюллером в докладе, прочитанном на заседании Британского астронавтического общества в Лондоне. Г. Мюллер отметил, что в этих новых технологических процессах основную роль будут играть молекулярные силы, которые пренебрежимо малы в наземных технологических установках.

Поверхностное натяжение и капиллярные силы будут доминировать в технологических процессах на промышленных орбитальных станциях. С другой стороны исчезнут архимедова сила и конвективные потоки, а жидкие смеси или расплавы из компонентов с различной плотностью не будут стремиться расслаиваться. Изменяются привычные устойчивые и неустойчивые состояния жидкости; в отличие от земных условий силы поверхностного натяжения будут обеспечивать эффективное перетекание жидких потоков. Это позволит, например, устойчиво производить новые пенистые материалы при смешении различных газов и жидкостей или расплавов. Путем вращения отливок из пеноматериалов в процессе изготовления, а также вследствие наложения электрических полей и воздействия давления подаваемого газа можно будет регулировать размеры и распределение газовых пузырьков в пеноматериалах. Перспективным является производство на космических станциях таких материалов, как пеносталь и пеностекло с заданным распределением плотности, с оптимальным отношением прочности к весу и заданной теплопроводностью.

Новые микропористые материалы с большим успехом можно будет использовать, например, для изготовления сверхлегких защитных плит для космических кораблей, турбинных лопаток с оптимальной переменной плотностью материала и термоизоляционных тканей, пригодных для работы с большими переменными температурными градиентами.

Известно, что в условиях отсутствия гравитационных сил, жидкость принимает форму правильной сферы, что позволит производить на космических станциях металлические шары с недостижимой при наземной технологии точностью размеров до одного ангстрема. По мнению специалистов НАСА это произведет революцию в нашей машинной технике: резко снизится трение и практически исчезнет шум в шарикоподшипниках, на новый уровень точности обработки удастся перевести прецизионные станки. Появятся новые возможности создания высокоточных пустотелых шаров для крупных подшипников радиолокационных антенн, а также для турбовинтовых и турбовентиляторных реактивных двигателей.

Высокоточные пустотелые шары на промышленных космических станциях можно будет изготавливать путем подачи небольших порций газа в центр формирующейся жидкой капли металла. Заставляя эти капли жидкости вращаться и прикладывая к ним электростатическое поле, можно будет получать пустотелые детали с точной эллиптической и другими формами. Такая технология пригодна и для точной отливки зеркал и линз больших телескопов.

Указанные области разнообразного промышленного использования орбитальных станций потребуют создания крупных космических объектов. Фирма Мак Доннелл-Дуглас разработала промышленную орбитальную космическую станцию 1990 г. (станцию «второго поколения») с персоналом в 400 человек (рис. 86). Эта станция, как и комплексная станция «первого поколения» (рис. 85), состоит из нескольких модулей (отсеков), предназначенных для выполнения ряда технологических процессов в условиях отсутствия гравитационных сил и естественного вакуума.

В частности, на станции планируются следующие процессы: вакуумный переплав и очистка материалов; сварка в вакууме; изготовление сверхточных шариков для шарикоподшипников и различных пустотелых шаров; изготовление новых пеноматериалов; изготовление высоковакуумных электронных приборов; производство фармакологических препаратов высокой счистки; организация фармакологического садоводства с выращиванием новых генетических сортов и др.

На орбитальных космических станциях экономически целесообразно будет создать производство дорогостоящих материалов, потребляемых промышленностью в умеренных количествах. Так, например, хорошие перспективы открываются для производства на орбитальных станциях сверхчистого кремния и германия, необходимых для изготовления полупроводниковых приборов. Можно рассчитывать также на большие экономические преимущества, которые даст производство высоковакуумных электронных приборов, необходимых для средств радиосвязи, микроволновой техники, специальных рентгеновских и лазерных систем. Эти электронные приборы успешно будут изготовляться на промышленных орбитальных станциях из сверхчистых материалов с использованием электроннолучевой сварки в глубоком вакууме. Таким образом существенно повысятся долговечность и технические параметры изготавливаемых приборов.

Специалисты тщательно изучают целесообразные направления использования промышленных орбитальных станций для медицинских целей. Большие надежды возлагаются на создание орбитальных оранжерей для выращивания высокопродуктивных лекарственных растений, служащих сырьем для выработки дорогих лекарств. Интересно отметить, что на Земле до 85% энергии роста растений расходуется на формирование стебля, который необходим для поддержания плодовой части в условиях земной гравитации. Ученые ожидают появления новых генетических сортов высокопродуктивных лекарственных растений, выращенных в орбитальных оранжереях при отсутствии гравитационных сил. Аналогичные разработки представляются целесообразными также в области производства ферментов и антибиотиков.

Можно ли ожидать, что люди высадятся на Марсе в 80-х годах этого столетия? Во всяком случае, до принятия решения о посылке экспедиции на Марс эта планета должна быть подробно исследована с помощью автоматических межпланетных станций (рис. 87-89) аналогично тому, как исследуется Луна (рис. 90-99). Факт наличия объективных данных о существовании биологических форм на Марсе послужил бы мощным стимулом для посылки экспедиции на эту планету.

Совещательный комитет США по науке настойчиво рекомендует форсировать изучение Венеры и Марса с помощью автоматических межпланетных станций и пока высказывается достаточно осторожно по вопросам организации межпланетных перелетов человека. Полагают, что еще слишком рано назначать сроки экспедиций на планеты Солнечной системы, поскольку нет даже ясного представления, какая именно планета может стать первым объектом для высадки человека. Сейчас пока еще только назрела необходимость определения конкретных задач, которые можно будет поставить перед экипажами межпланетных космических кораблей, направляемых к планетам Солнечной системы. Потребуется и четкая координация действий в организации полетов автоматических межпланетных аппаратов и экспедиций космонавтов на планеты.

Известно, что уже совершались периодические полеты автоматических межпланетных научно-исследовательских станций к Марсу и Венере. Отделившийся от советской автоматической межпланетной станции «Венера-4» в октябре 1987 г. спускаемый аппарат с приборами зафиксировал наличие чрезвычайно высокой температуры под толстым слоем венерианской атмосферы. Поэтому можно считать пока преждевременной постановку вопроса о полетах человека на Венеру. По-видимому, максимальный интерес в 70-е годы будет обращен на подготовку экспедиций космонавтов к Марсу, который принято называть Красной планетой.

Исследования Марса имеют большое значение для человечества. Возможно в ближайшем будущем автоматические межпланетные станции доставят нам первые свидетельства о наличии на этой планете определенных форм жизни. Даже установление факта присутствия на Марсе бактерий было бы важным подтверждением существования там многосторонних жизненных форм. Если живые клетки получили возможность развития на планете в чрезвычайно суровых условиях, то можно считать, что их дальнейшее изменение в подобных условиях должно было быть весьма значительным. Проблемы развития живой материи следует решать объединенными усилиями инженеров и биологов, работающих в области космических исследований и медицинской науки. Это будет способствовать прогрессу в области борьбы с болезнями. Интересно отметить, что важные эксперименты по изучению структуры живой клетки сейчас проводятся в космических научно-исследовательских центрах.

В прошлом астрономам казалось, что они наблюдают на Марсе обширные зелено-голубые территории, покрывающие примерно треть его поверхности. Создавалось впечатление, что эти территории как бы постепенно изменяли свои очертания и цвет. В результате была высказана гипотеза о том, что поверхность Марса покрыта примитивной растительностью, свойственной окружающим условиям. Согласно этой гипотезе изменение цвета поверхности Марса соответствовало сезонным циклам роста и отмирания растительности. Подобные представления связывались с существованием на Марсе известных «каналов».

Однако фотографии марсианской поверхности, сделанные аппаратурой автоматической станции «Маринер-4» в июле 1965 г., пролетевшей на расстоянии 12 875 км от поверхности планеты, опровергли сложившиеся представления. Изучение переданных на Землю фотографий показало, что, по крайней мере, часть поверхности Марса покрыта сотнями кратеров, подобных лунным. Но следует учитывать, что в объектив фотокамеры «Маринер-4» попало менее 1% поверхности Марса и сама станция находилась слишком далеко от планеты. Поэтому на фотографиях невозможно было различить малые детали поверхности. Все же удалось запечатлеть на некоторых фотографиях наличие инея или углекислоты в виде снега, окаймляющего некоторые кратеры вблизи северного полюса Марса.

В полете станции «Маринер-4» были получены и другие важные результаты. Магнитометр не зарегистрировал сколько-нибудь заметного магнитного поля у Марса, а трубки Гейгера-Мюллера и детекторы не обнаружили каких-либо признаков существования вблизи Марса вызываемой магнитным полем радиационной области, аналогичной земному радиационному поясу Ван-Аллена.

По данным приборных измерений атмосферное давление на поверхности Марса составляет около 9 мбар (эквивалентно давлению в атмосфере Земли на высоте 32 км). Такое низкое атмосферное давление на Марсе не позволит космонавтам пребывать на его поверхности с использованием только дыхательных аппаратов; по-видимому, потребуются скафандры.

Атмосфера Марса, простирающаяся на высоту до 8 — 10 км, может быть использована для аэродинамического торможения космических аппаратов. Но плотность марсианской атмосферы будет явно недостаточной для осуществления мягкой посадки космического корабля с помощью парашютной системы. Поэтому мягкая посадка на поверхность Марса возможна лишь при использовании тормозных ракетных двигателей, подобно тому как это делается при мягкой посадке космических аппаратов на Луне.

Оценивая перспективы полета человека на Марс, Совещательный комитет по науке (США) считает, что, по-видимому, нельзя рассчитывать в такой экспедиции на передачу космонавтам всех функций управления полетом, посадкой на Марс и старта с Марса. Определенная роль должна быть отведена автоматическим системам. Кроме того, сейчас отсутствует какой-либо опыт, определяющий возможности человека переносить межпланетные перелеты, продолжительность которых в 50 раз превышает время полета на Луну. Таким образом становится очевидным значение организации длительных полетов человека по околоземной орбите с точки зрения его подготовки к межпланетным экспедициям. Основные условия межпланетных перелетов космонавтов могут быть воспроизведены на околоземных космических станциях, где проводятся биомедицинские исследования в орбитальном полете продолжительностью несколько месяцев.

По мере приобретения опыта длительных полетов космонавтов на околоземных космических станциях появятся возможности для реализации первых попыток исследования человеком ближайших планет Солнечной системы. На первом этапе, по-видимому, потребуется совместное использование пилотируемых и автоматических космических аппаратов. Можно представить себе вывод экспедиционного корабля с экипажем на орбиту спутника Марса или Венеры, но без посадки людей на поверхность исследуемой планеты. Экипаж экспедиционного корабля будет управлять с орбиты спутника планеты рядом исследовательских автоматических станций и обеспечивать мягкую посадку планетоходов в заданных районах. С помощью, таких автоматических станций можно будет собрать, например, образцы почвы с поверхности Марса. Затем капсулы с образцами грунта можно будет отправить на встречу с экспедиционным космическим кораблем, летающим по орбите спутника планеты.

В принципе многие из подобных функций исследования планет могли бы быть выполнены с помощью полностью автоматизированных межпланетных станций, однако сложность и ненадежность такой заранее запрограммированной системы будет слишком велика. Вполне вероятно, что посылка на орбиту спутника исследуемой планеты экспедиционного космического корабля с экипажем будет экономически целесообразной. По сравнению с экспедицией, предусматривающей высадку людей на поверхность планеты, посылка экспедиционного корабля на орбиту спутника планеты даст большие преимущества в части уменьшения потребного начального стартового веса. Кроме того, упрощается и проблема стерилизации посадочной и взлетной ступеней.

Позиция советских специалистов в вопросе организации межпланетных перелетов была изложена академиком Анатолием Благонравовым, председателем Комиссии по исследованию и использованию космического пространства Академии Наук СССР. Он отметил, что как бы велики ни были возможности современной автоматики и кибернетики, они еще очень далеки от разнообразных возможностей человека в ситуациях, требующих творческого подхода. Даже наиболее иокусные современные автоматы могут действовать либо в соответствии с заданной программой, либо в лучшем случае улучшать эту программу при выполнении заданной операции. При подготовке программы для кибернетических автоматов, включающей самообучающиеся устройства, необходимо иметь определенные исходные данные об изучаемом явлении. Однако — продолжил А. Благонравов — по мере того, как мы все глубже будем проникать в космос, мы все чаще будем встречаться с явлениями, о которых мы заранее ничего не знали. Очень часто перед нами будут возникать проблемы, которые, по-видимому, невозможно сформулировать заранее. Это является существенным аспектом в проблеме изучения космоса.

Не следует также забывать о подсознательной деятельности человеческого мозга — говорит далее А. Благонравов, — об интуиции, которая невозможна для кибернетической машины.

Подсознание и интуиция играют чрезвычайно важную роль в процессе научного исследования природы. Так как на данной стадии космических исследований одна из ключевых задач состоит в накоплении все более глубоких фундаментальных знаний о природе окружающего нас мира,— подчеркивает А. Благонравов — непосредственное участие человека в космических полетах абсолютно необходимо.

Как показала практическая деятельность, советскую программу космических исследований отличает разностороннее сочетание полетов автоматических спутников и межпланетных станций и полетов пилотируемых космических кораблей с исследователями на борту. Это соответствует идеям родоначальника космонавтики Константина Эдуардовича Циолковского.

Для организации будущих межпланетных экспедиций может с успехом использован описанный выше проект большого аэрокосмического корабля типа «Ромбус». Предполагается, что перед межпланетным перелетом аэрокосмический корабль будет дозаправлен топливом на околоземной орбите. Разработаны возможные этапы доставки на Марс экспедиции по проекту «Деймос» (рис. 100).

Организация рентабельных межпланетных перелетов требует решения фундаментальных проблем снижения начального веса экспедиционных космических кораблей, сокращения продолжительности перелетов и расширения возможностей проникновения вглубь Солнечной системы. Эти проблемы смогут быть решены при использовании перспективных ядерных и электрических ракетных двигателей, имеющих значительно большую (чем у химических ракетных двигателей) скорость истечения реактивной струи и соответственно больший импульс (рис. 101— 107).

Сейчас, когда создание лунной исследовательской базы и межпланетные перелеты стали реально осуществимыми, особое значение приобретают проблемы космического права и международного сотрудничества в космосе. Важным шагом явился одобренный на XXI сессии Генеральной Ассамблеи ООН и подписанный многими государствами в Москве, Вашингтоне и Лондоне (СССР, США и Англия — страны депозитарии) договор «О принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела». Этот договор обеспечивает равноправное международное сотрудничество в космосе.

Можно ожидать, что на базе указанного договора расширится международное сотрудничество в деле дальнейшего освоения Луны.

При создании лунной исследовательской базы было бы разумным использовать космические корабли США и СССР для совместной перевозки грузов и эксплуатации лунных ресурсов. Такое международное сотрудничество несомненно повысило бы безопасность полетов космонавтов и снизило бы экономические затраты. Проблемы организации Международной лунной лаборатории в течение ряда лет подробно обсуждались на Международных астронавтических конгрессах.

Аналогичными преимуществами обладало бы международное сотрудничество в организации экспедиции для полета на Марс. По этой проблеме известный советский ученый академик Леонид Седов на одном из последних Международных астронавтических конгрессов сказал о том, что полет на Марс и создание больших орбитальных станций, а также другие грандиозные проекты по исследованию космоса конечно потребуют объединенных международных усилий.

Сотрудничество в космосе, направленное на улучшение жизненных условий на Земле, а также на расширение границ познания, потребует объединения научно-технических усилий в широких масштабах. В конечном счете от этого выиграло бы все человечество.

От редактора перевода ............... 5

Из проспекта первого издания............ 8

Введение .................... 9

Глава 1. Исследование Земли с помощью аэрокосмических летательных аппаратов........... 15

Глава 2. Орбитальные лаборатории......... 29

Глава 3. Ракеты-носители и аэродинамические летательные аппараты................ 143

Глава 4. Проектирование аэрокосмических летательных аппаратов многоразового пользования...... 161

Глава 5. Тенденции развития аэрокосмических транспортных средств............... 170

Глава 6. Орбитальный пассажирский транспорт..... 180

Глава 7. Большие ракетные транспортные корабли ... 191

Глава 8. Промышленные космические орбитальные станции 193

Глава 9. Межпланетные перелеты.......... 207