Неповторні надії: що було заплановано і що відбулося в програмі «Космічна Шуттл»

На другий день я випадково помітив, що в п'ять разів в коментарях відповідь на питання про ступінь успіху програми Space Shuttle. Така закономірність питань вимагає повної статті. Я спробую відповісти на питання:

• Які цілі зробили набір програм Space Shuttle?
• Що відбулося в кінці?

Тема багаторазового носія дуже об'ємна, тому в цій статті я особливо confine себе на ці питання.

Що ви плануєте?
Ідея багаторазових суден зайняли думки вчених та інженерів США з 50-х років. З одного боку, це життєздатність розбити покинутих рунках на землі. З іншого боку, пристрій, що поєднує в собі властивості літака і космічних апаратів, буде відповідати аеронавтичній філософії, де багаторазовість є природним. Народжено різні проекти: X-20 Dyna Soar, система зворотного зв’язку (латерокосмічний літак). У шістдесяти ця досить непристойна активність продовжується в тіні програми Близнюки та Аполлона. У 1965 році протягом двох років до рейсу Сатурн-В було створене підкомітету на регулятивних технологіях пусконалагоджувальних транспортних засобів (у тому числі ВПС США та НАСА). Результатом цієї роботи був папір, опублікований в 1966 році, який розповів про необхідність подолання серйозних труднощів, але обіцяв яскраве майбутнє для роботи в малоземному орбіті. У зв'язку з технологічними роботами, в рамках проекту були представлені різні бачення системи та різні вимоги, тому замість одного проекту були представлені ідеї для суден різних макетів і ступені багаторазовості. Після 1966 року НАСА почала думати про створення орбітальної станції. Таку станцію направила необхідність доставки великої кількості вантажу на орбіту, яка, в свою чергу, підняла питання вартості такої доставки. У грудні 1968 р. у складі робочої групи було сформовано угоду з інтегральним запуском та рецепційним транспортним засобом (ILRV). У липні 1969 р. домовилися про те, що ILRV повинен мати можливість:

• Постачання орбітальної станції
• Запуск і повернення супутників з орбіти
• Поставити на орбіту підсилювачі і перезавантаження
• Запуск палива на орбіту (для подальшого заправки інших транспортних засобів)
• Обслуговування та ремонт супутників на орбіті
• Провести короткі манітні місії

У звіті розглядаються три класи суден: багаторазовий корабель «вище» на одноразовому запускному транспортному забезпеченні, напівступеневий корабель («халф» стадії – резервуари або двигуни, які падають у рейсі), а також двоступеневе судно, обидва етапи яких багаторазові.
У лютому 1969 р. Президент Нексон створив робочу групу для визначення напрямку космічних досліджень. Результатом роботи цієї групи було рекомендувати створення багаторазового корабля, який може:

• Стати фундаментальним удосконаленням існуючої космічної техніки з точки зору вартості та обсягу запуску на орбіті.
• Транспортування людей, вантажів, палива, інших суден, прискорювачів і так на орбіті, як літак звичайний, дешевий, часто і багато.
• Для сумісності з широким спектром цивільних і військових перевантажень.

Спочатку інженери перевозилися в напрямку двоступеневої повністю реустойної системи: великий криловий маніпуляторний космічних апаратів здійснили невеликий криловий маніпуляційний космічних апаратів, який вже вступав на орбіту:


Ця комбінація була теоретично найдешевша в експлуатації. Тим не менш, висока вимога до оплати, яка зробила систему занадто великим (і тому дорогим). Крім того, військові захотіли можливість горизонтального маневру 3000 км на посадку на першому кроці від полярної орбіти, які обмежували інженерні рішення (наприклад, прямі крила неможливі).


Узгоджуючи завісу «високий перехресний» (великий горизонтальний маневр), ця картина була люблена військовим.

Остаточний макет був дуже залежить від наступних вимог:

• Розмір і ємність вантажного відсіку
• Значення горизонтального маневру
• Двигуни (типи, тягові та інші параметри)
• Метод посадки (на двигунах або плануванні)
• Матеріали

У Білому домі та з’їзді були остаточні вимоги:

• Cargo bay 4.5x18.2 м (15x60 футів)
• 30 тонн на низьку орбіту Землі, 18 тонн на полярну орбіту
• Можливість горизонтального маневру на 2000 км

Навколо 1970 року виявилося, що там не було достатньо грошей на космічну станцію і трансфер одночасно. А станція, на яку слід перевозити вантаж.
У той же час, в інженерному середовищі, не перенапружений оптимізм. Виходячи з досвіду роботи експериментального ракетного літака (X-15), інженери прогнозували зниження вартості кілограма на орбіту двома наказами величини (один сто разів). На Симпозіумі Space Shuttle в жовтні 1969 року Джордж Муллер сказав:
Наша мета полягає в зменшенні вартості кілограма на орбіті від $2,000 для Saturn-V до $40-100 за кілограм. Це буде поспішати в новій епоху розвідки простору. Ми можемо самі зателефонувати одержувачу і узгодити зручний час і час. ?
Б.Є. Словник четвертої частини «Рокети і люди» дає кілька інших фігур, але з того ж порядку:
Для досягнення вартості видалення в діапазоні від 90 до 330 доларів на кілограм. Крім того, було прийнято, що другий покоління Space Shuttle знизить ці цифри до 33-66 $ за кілограм.
Згідно з підрахунками Мюллера, запуск трансферу буде коштувати $ 12,5 млн (до $ 185 млн для Saturn-V).
Також були досить серйозні економічні розрахунки, які показали, що для того, щоб принаймні рівна вартість ракети-носіїв «Титан-III» в прямій порівняння цін без зрахуванням знижки маршрут повинен розпочати 28 разів на рік. За фахом 1971 року президент Ніксон виділив $125 млн за виробництво одноразових ракетних транспортних засобів, що на 3,7% бюджету НАСА. Це, якщо трансфер вже в 1971 році, він заощадить лише 3,7 відсотків бюджету НАСО. Ядерний фізик Ralph Lapp оцінив, що між 1964 і 1971, трансфер врятував 2.9 відсотків свого бюджету. Природно, такі номери не можуть захистити трансфер, і НАСА поєднуються на слизькому схилі гри з номерами: «Якщо орбітатор був побудований, і якщо він потрібен місію постачання кожні два тижні, то маршрути будуть економити мільярди доларів на рік». Ідею теж було пропаговано «з такими можливостями запуску, перевантаження стануть дешевше, і зараз буде більше, ніж зараз, що збільшить економію». Тільки поєднання ідей «довідник літає часто і заощадить гроші на кожному запуску» і «нові супутники для трансферу будуть дешевше, ніж існуючі для одноразових ракет» можуть зробити трансфер економічно життєздатним.


Економічні розрахунки. Зверніть увагу, що якщо ви прибрати «нові супутники» (нижня третина столу), трансфери стають економічно некомерційними.
7194013

Економічні розрахунки. Оплатити зараз (ліва сторона) і виграти в майбутньому (право відтінена сторона).

Паралельно з'явилися складні політичні ігри, пов'язані з потенційними виробниками, ВПС, урядом і НАСО. Наприклад, НАСА втратила Офіс управління та бюджету Виконавчого офісу Президента США битви за перші акселератори. НАСА бажала акселераторів на ЛРД, але тому що акселератори на РДТ було дешевше, щоб розвиватися, останні були обрані. У зв'язку з тим, що американські програми з X-20 і MOL, фактично отримали військові маршрутні місії безкоштовно в обмін на політичну підтримку від НАСА. Шуттєве виробництво було навмисно змащено по всій країні між різними компаніями для економічного і політичного ефекту.
У зв’язку з цим складними маневрами підписано угоду про розвиток системи космічної шути. Історія виробництва і експлуатації за межі цієї статті.

Яка?
Тепер, щоб програма була завершена, можна сказати з достатньою точністю, яка досягла цілей і які не мають.

Мета:

1. Доставка товарів різних типів (супутники, верхні черги, сегменти ІС).
2. Можливість ремонту супутників на низькій орбіті Землі.
3. Можливість повернення супутників до Землі.
4. Уміння літати до восьми осіб.
5. Впроваджено багаторазову роботу.
6. Реалізовано принципово новий макет космічних апаратів.
7. Можливість горизонтального маневру.
8. Великий вантажний відсік.
9. Вартість та час розвитку зустрілися з терміном обіцянки Президенту Ніксона в 1971 році.

Неачеві цілі та недоліки:

1. Якісне фасування доступу до простору. Замість того, щоб зменшити ціну на кілограми двома замовленнями величини, космічний Shuttle став одним з найдорожчих засобів доставки супутників на орбіту.
2. Швидка підготовка трансферу між рейсами. Замість очікуваного двотижневого періоду між рейсами, поїзди готували протягом місяця. До катастрофи Challenger запис між рейсами було 54 днів, після того, як Challenger, 88 днів. Для всіх років роботи трансферів вони запустили в середньому 4,5 разів на рік замість мінімального допустимого 28 разів на рік.
3. Зручне обслуговування. Вибрані технічні рішення дуже трудомісткі в технічному обслуговуванні. Основні двигуни, необхідні для демонтажу і багато часу для обслуговування. Пристрої турбо-насосів двигунів першої моделі вимагають повного об'ємного і ремонту після кожного рейсу. Плитка захисту тепла була унікальною - кожен гнізд мав власну плитку. Всього за 35,000 плиток можна втратити або пошкодити у польоті.
4. Замініть всі одноразові носії. Прості маршрути ніколи не запустили на полярні орбіти, які необхідно в основному для супутників розвідки. Підготовча робота була припинена, але вона була припинена після катастрофи.
5. Надійний доступ до простору. Чотири орбіти означали про те, що збиток на чверть флоту. Після катастрофи рейси зупинилися протягом багатьох років. Крім того, маршрути були неординарними для постійного запуску переказів.
6. Вантажопідйомність трансферів становить п'ять тонн нижче необхідних специфікацій (24.4 замість 30).
7. Більші горизонтальні можливості маневру ніколи не були використані в реальності, оскільки трансфер не літав на полярні орбіти.
8. Повернення супутників з орбіти припиняється в 1996 році. З орбіти повернулися лише п'ять супутників.
9. Супутникові ремонти були також в бідному попиті. Усього було відремонтовано п'ять супутників (хоча Хаббл було обслуговано п'ять разів).
10. Прийняті інженерні рішення негативно впливають на надійність системи. У зв’язку з висадкою та висадкою були ділянки без шансів врятувати екіпажу в ДТП. Через це загинув Challenger. Місія STS-9 практично закінчилася катастрофою через пожежу в хвостовій частині, що відбувався на ходу. Займіть цей вогонь, щойно з'явилася хвилина раніше, трансфер буде знизився без шансу врятувати екіпаж.
11. Той факт, що трансфер завжди мусив ставити людей на ризик необов'язково - було достатньо автоматизації для рутинних супутників запуску.
12. У зв'язку з низькою інтенсивністю експлуатації маршрути стали застарілими морально раніше, ніж фізично. У 2011 році Space Shuttle був дуже рідкісним прикладом роботи процесора 80386. Одноразові медіа можуть бути оновлені поступово з новою серією.
13. Закриття програми Space Shuttle було накладено на скасування програми консолідації, яка призвела до втрати незалежного доступу до простору протягом багатьох років, втрат зображень та необхідності придбання місць на космічних апаратах іншої країни.
14. Нові системи управління і експлуатаційні системи дозволяють запустити великі супутники на одноразових ракетах.
15. Трансфер має сумний рекорд серед космічних систем з точки зору кількості загиблих людей.

Програма Space Shuttle надала унікальних можливостей США для роботи в космосі, але з точки зору різниці «що ви хочете – що ви отримуєте» ми повинні зробити висновок, що вона не досягла своїх цілей.

Чому це сталося?
Я особливо підкреслюю, що в цьому пункті я висловлюю мої погляди, можливо, деякі з них неправильні.

1. Маршрути були результатом багатьох компромісів між інтересами кількох великих організацій. Можливо, якщо була одна людина або команда однодумців, які мали чітке бачення системи, це може бути краще.
2. Замінити всі одноразові ракети підвищили вартість і складність системи. Універсальність в поєднанні гетерогенних вимог призводить до складності, підвищеної вартості, зайвої функціональності і більшої ефективності, ніж спеціалізація. До мобільних телефонів легко додавати будильник, годинник, кнопки та електронні компоненти. Але літаючий підводний човен буде більш дорогим і гіршим, ніж спеціалізовані літаки і підводні човни.
3. Складність і вартість системи виростає доцільно з розмірами. Можливо, трансфер 5-10 тонн корисного навантаження ( 3-4 рази менше, ніж реалізований) буде більш успішним. Вони можуть бути побудовані більше, частина флоту, виготовленого безсоння, роблять одноразовий модуль для збільшення несучої здатності рідкісних важчих місій.
4. «Здрастуйте з успіхом». Успішна реалізація трьох програм підвищення складності може перетворювати керівники інженерів і менеджерів. По суті, той факт, що перший запуск без безпілотних випробувань, відсутність рятувальних систем екіпажу на території пускового / спуску вказує на деяку впевненість.

Хай, що про Буран?
Ми будемо говорити трохи про нього. За словами Бурана, багато років не існує оперативної статистики. Виявилося, що щось простіше – вона була вкрита хвилюванням згортання СРСР, і не можна сказати, що ця програма була успішною. Перша частина цієї програми – «до того, як американці» була проведена, і що станеться поруч – невідомо.
А ті, хто бажає влаштувати в коментарях cholivar "Що краще?" просять попередньо визначити, що таке "беттер" на вашій увазі. Оскільки обидві фрази «Бурань має більший запас характерної швидкості (delta-V), ніж космічного шейта» і «Шахрай не скидає дорогих пропульсних двигунів з ступінчастою ступеню».

Перелік джерел (крім Вікіпедії):

1. Рей А. Вільямсон, «Основи космічної шуетки»
2. Т.А. Геппенхаймер, Рішення про космічне право
3. Вартість кілограма на орбіту (в вікі з якоїсь причини викинули з гарного столу)
4. Інформація про супутники, які відремонтували і повернули маршрути.
5. За фотографії подякувати колективу "Енциклопедія військової авіації" ВК.

Джерело: habrahabr.ru/post/211891/