⇡#Хронология странного проекта
Многоразовый корабль «Заря» (7К-СМ, 14Ф70) проектировался в апогее программы «Энергия — Буран», с 1985 по 1989 год. Документальных источников информации о нём до обидного мало. Первый появился в конце 1991 года, в брошюре «Неизвестные корабли», два следующих – в 1996 году, в интернет-издании «Ракетно-космические системы (История. Развитие. Перспективы)» да в первом томе истории Ракетно-космической корпорации (РКК) «Энергия» имени С. П. Королёва. Затем пара-тройка коротких описаний всплыла в различных статьях. Поэтому, описывая назначение и историю «Зари», часто приходится прибегать к более или менее обоснованным предположениям.
Итак, что же известно официально? Полномасштабная разработка нового пилотируемого транспортного космического корабля – то ли в пику, то ли в помощь «Бурану» – началась в тогда ещё Научно-производственном объединении (НПО) «Энергия» после выхода соответствующего Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 27 января 1985 года, а выпуск эскизного проекта Военно-промышленная комиссия (ВПК) при Совете Министров СССР санкционировала 22 декабря 1986 года. Защита проекта состоялась на заседании Научно-технического совета Министерства общего машиностроения (МОМ) в первом квартале 1987 года. Замечания, полученные при защите, были устранены к маю 1988 года. Тогда же «Зарю» представили совместному совещанию МОМ и Главного управления космических средств (ГУКОС) Минобороны СССР, где проект одобрили и благословили на дальнейшую реализацию.
Работу курировал известный проектант космических кораблей, заместитель Генерального конструктора НПО «Энергия», лётчик-космонавт СССР Константин Петрович Феоктистов при всемерной поддержке своего шефа Валентина Петровича Глушко. Предприятие выпустило комплект рабочей конструкторской документации. А на космодроме Байконур, на одной из площадок стартового комплекса ракеты-носителя «Зенит» («Зарю» планировалось запускать на нём), построили агрегат обслуживания пилотируемых космических кораблей, за внешний вид часто называемый «скворечником». Но вдруг в январе 1989 года проект был внезапно закрыт, якобы в связи с отсутствием финансирования.
Вроде бы всё просто – да мало ли проектов зародилось и сгинуло в недрах советских министерств и ведомств? Но вопросов по «Заре» слишком много. Для чего и почему появился корабль? Как формировался его облик? Почему проект канул в Лету?
Хотя явным образом причины разработки «Зари» нигде не обозначены, а постановление, санкционировавшее работы по кораблю, не опубликовано, их можно «вычислить».
Конец 1970-х – начало 1980-х в отечественной космонавтике проходили под знаком создания многоразовой транспортной ракетно-космической системы «Буран», которой надлежало изменить лицо советской космической инфраструктуры, упорядочив перевозки грузов на орбиту и с орбиты. Всем остальным программам так или иначе предстояло примериваться под «Буран» и его компоненты.
К середине 1980-х НПО «Энергия» активно проектировало большую модульную орбитальную сборочно-эксплуатационную станцию. «Мир-2» с постоянным экипажем от 6 до 12 человек предназначался не только для проведения научно-прикладных исследований, но и для сборки, запуска и ремонта космических аппаратов, а также для производства различных материалов в условиях микрогравитации.
В силу небольших возможностей имеющиеся транспортные корабли серии «Союз» и «Прогресс» не могли обеспечить намечавшийся значительный грузо- и пассажиропоток по маршруту Земля — орбита — Земля. Противоречие могли разрешить многоразовые пилотируемые корабли, способные летать часто при ограниченных производственных мощностях. Большой и дорогой крылатый «Буран» вполне годился для запуска модулей и сборки станции, но из-за большой занятости на других программах совершенно не подходил для оперативного снабжения. Кроме того, он не мог долго пребывать в составе станции в роли корабля-спасателя.
Логичной казалась разработка многоразового корабля сравнительно небольшого размера. Он мог бы стартовать на новой ракете «Зенит» (11К77), которую предполагалось сделать рабочей лошадкой космической программы. По техническому заданию этот носитель изначально предназначался для «оперативных массовых запусков автоматических космических аппаратов и пилотируемых кораблей». Благодаря автоматической предстартовой подготовке он мог летать с небольшими – несколько часов – интервалами между пусками, то есть идеально подходил для оперативного выведения пилотируемых кораблей-спасателей, а также для регулярных запусков кораблей снабжения. К слову, в середине 1980-х годов существовали планы постепенной замены всех ракет семейства «Союз» носителем «Зенит». Генеральный конструктор НПО «Энергия» академик В. П. Глушко высказывался примерно так: «Хватит нам пилотируемые полёты совершать на старой телеге – «семёрке» (имеется в виду ракета «семёрочного» семейства). Доработав «Зенит», летать надо на двух «семёрках»! (имеется в виду 11К77)»
Для создания «Зари» имелись объективные причины, и корабль был нужен не вместо «Бурана», а вместе с ним, дополняя его. И появление постановления от 27 января 1985 года подтверждает этот вывод. Для выпуска такого документа нужны были веские основания, и перед передачей на утверждение в директивные органы проект постановления согласовывался заказчиком (Минобороны), руководителями предприятий-смежников и ВПК. Значит, промышленность и Минобороны видели потребность в новом корабле.
Как один из основных проектантов бескрылых кораблей «Восток» и «Союз», К. П. Феоктистов взял за основу проверенный спускаемый аппарат последнего, давно отработанный на родном предприятии. Именно от «Союза» можно проследить концепцию «некрылатых» многоразовых кораблей на «королёвской» фирме.
В начале 1970-х годов, когда советская лунная пилотируемая программа потерпела очевидное фиаско, «столбовой дорогой пилотируемой космонавтики» генеральный секретарь ЦК КПСС Л. И. Брежнев назвал орбитальные станции. Рост и развитие этого направления требовали по-другому взглянуть на транспортные операции, проводимые с помощью пилотируемых кораблей.
По просьбе главного конструктора Центрального конструкторского бюро экспериментального машиностроения (ЦКБЭМ — так в период с 1966 по 1974 год называлась РКК «Энергия») начальник проектно-конструкторского отдела, ведущий аэродинамик предприятия Андрей Георгиевич Решетин прорабатывал целесообразность создания многоразового транспортного корабля на базе фарообразного спускаемого аппарата «Союза». Применение капсулы вместо крыла обосновывалось тем, что крылатый аппарат при равной грузоподъёмности был вдвое тяжелее полубаллистического бескрылого.
Выбранную форму очень подробно обсчитали и многократно проверили в аэродинамических трубах и во время реальных полётов (в том числе при возвращении кораблей 7К-Л1 «Зонд», входящих после облёта Луны в атмосферу Земли со второй космической скоростью). «Фара» имела достаточное отношение подъёмной силы к лобовому сопротивлению, определяющее максимальную перегрузку, дальность продольного и бокового маневрирования на гиперзвуке, и большой свободный внутренний объём при поперечнике, ограниченном габаритами ракеты-носителя.
На начальном этапе проектирования «Зари» создавался базовый корабль (он получил шифр 14Ф70), рассчитанный на 30—50 полётов. Он должен был доставлять на станцию и забирать с неё экипаж численностью до восьми человек и грузы. После отработки базового варианта предполагалось выпустить специализированные модификации, например для автономных полётов на геостационар и полярные орбиты. Кроме этого, «Заря» могла служить спасателем для орбитальных станций и «Бурана», доставлять на орбиту и забирать с неё грузы в беспилотном режиме, а также выполнять автономные полёты в интересах Академии наук и Минобороны.
Революционной новинкой, предложенной разработчиками, стал принцип ракетодинамической посадки с отказом от парашютной системы. В те годы такой способ рассматривался в основном для многоразовых одноступенчатых ракетных систем и космических аппаратов, садящихся на безатмосферные планеты, и для меньших по габаритам изделий казался с первого взгляда сомнительным. Ведь львиная доля космической скорости при спуске с орбиты рассеивается в атмосфере, превращая потенциальную и кинетическую энергию в тепло, а оставшиеся сотню-другую метров в секунду спокойно гасят парашюты.
Однако ракетодинамическая система по сравнению с парашютной обладала рядом достоинств. Во-первых, с ростом массы спускаемого аппарата резко растёт и площадь купола парашюта, а для тяжёлых грузов приходится городить многокупольные системы, надёжность которых из-за сложности раскрытия падает. Во-вторых, парашют в принципе не может погасить скорость до нуля, и, чтобы обеспечить мягкое приземление (а тем более с учётом многократного использования капсулы), приходится применять двигатели мягкой посадки.
Наконец, парашютная или парашютно-ракетная посадка не обеспечивает высокую точность приземления из-за ветровых воздействий. Вклад парашютов – не меньше четверти от общего промаха. А это значит, что реальная посадка может происходить в десятках, а в ряде случаев (с учётом промаха системы управления спуском) и сотнях километров от расчётной точки.
Реактивная система тяжелее парашютной, зато обеспечивает мягкую посадку с почти нулевой скоростью и высокой точностью. А это благотворно сказывается на стоимости поисково-спасательных операций. Ракетодинамическая система повышает точность приземления: промах не превышает 2,5 километров от расчётной точки, а максимальная ударная перегрузка при контакте с твёрдой поверхностью оказывается меньше 10 единиц.
Первоначально «Зарю» компоновали как корабль-моноблок, в котором все системы размещались в большом спускаемом аппарате, то есть решали задачу, обратную разбиению «Союза» на отсеки. На чертежах в нижней части корабля рисовали выдвижные опоры и жидкостную двигательную установку не только для посадки, но и для орбитального маневрирования. Чуть выше шли топливные баки, а на самом верху – кабина экипажа с выдвижным стыковочным агрегатом.
Основной недостаток такой компоновки проектанты видели в необходимости прорезать лобовую теплозащиту для выхода реактивной струи. Это считалось недопустимым с точки зрения безопасности плазменного спуска при входе в атмосферу. В результате один посадочный двигатель заменили 24 камерами меньшей тяги, разместив их по кольцу вокруг корпуса спускаемого аппарата. Сопла вывели наружу и наклонили под углом к оси корабля с тем, чтобы струи шли по касательной к корпусу и не повреждали обшивку. Равнодействующий вектор тяги проходил выше центра масс, обеспечивая естественную устойчивость. Поскольку топливо заливалось в баки внутри спускаемого аппарата, двигатели должны были работать на нетоксичных компонентах.
Попытка решить задачу, скомпоновав все системы в едином блоке, привела к тому, что корабль «распух» настолько, что не влезал на «Зенит». Моноблочностью пришлось пожертвовать. Двигательную установку для ориентации, маневрирования и схода с орбиты вместе с топливом вынесли в отдельный навесной отсек, крепившийся к нижней части корабля. Туда же поставили источники электроэнергии и ряд других агрегатов, потребных для орбитального полёта. Перед входом в атмосферу Земли отсек сбрасывался.
Многоразовая высокотемпературная теплозащита боковой поверхности спускаемого аппарата (его назвали «возвращаемым кораблём») состояла из кварцевых плиток, как у «Бурана». На «Заре» появился парашютик – он выпускался на высокой сверхзвуковой скорости и играл роль стабилизатора, в то время как окончательное торможение и посадка выполнялись «на струе». Лобовой теплозащитный экран сделать многоразовым не получилось – на него воздействовали слишком высокие тепловые нагрузки. Но зато он стал дополнительно выполнять функцию амортизатора за счёт сминаемого сотового заполнителя. Заодно удалось отказаться и от посадочных опор.
В верхнем (переднем) днище корабля прорезали иллюминаторы, в том числе – с оптическими визирами для ориентации. В средней части в проёме кольцевого двигательного отсека устроили отсек полезной нагрузки, который в пилотируемом варианте мог вмещать до 2,5 тонн груза, доставляемых на станцию, или до 2,0 тонн, возвращаемых на Землю (обычный «Союз Т» мог вернуть с орбиты не более 50 килограммов). В беспилотном же варианте грузоподъёмность возрастала: до 3 тонн «вверх» и до 2,5 тонн – «вниз». Максимальная численность экипажа, по разным источникам, составляла до 6—8 человек, из них не менее 3 сидели в грузовом отсеке.
1. Возвращаемый корабль. 2. Транспортируемые грузы. 3. Посадочный двигатель. 4. Рабочий отсек. 5. Аэродинамический щиток. 6. Иллюминатор. 7. Звёздный датчик. 8. Катапультное кресло. 9. Пульт управления. 10. Антенна аппаратуры сближения. 11. Агрегатный отсек. 12. Бортовая аппаратура. 13. Двигатели причаливания и ориентации. 14. Лобовой теплозащитный экран-амортизатор. 15. Доплеровский измеритель скорости. 16. Система дозаправки и двигательная установка. 17. Навесной отсек. 18. Система электропитания с электрохимическим генератором (топливным элементом). 19. Навесной холодный радиатор.
Неординарные компоновочные решения вызвали сомнения у заказчика: уж очень непривычным и опасным казалось соседство экипажа с сотнями литров топлива для посадки. Кстати, в качестве компонентов в «Энергии» выбрали керосин и высококонцентрированную перекись водорода. По сравнению с четырёхокисью азота и несимметричным диметилгидразином (штатное топливо для космических аппаратов) эти компоненты можно считать практически нетоксичными. Работу с перекисью королёвская фирма давно освоила на «семёрке» и её потомках, а также в системе управления спуском корабля «Союз». Тем не менее, идя навстречу заказчику, инженеры предложили на этапе испытаний ограничить численность экипажа тремя (по другим данным, четырьмя) космонавтами, которые летели в катапультных креслах.
Внешним видом «Заря» напоминала гипертрофированный спускаемый аппарат «Союза», который стоит на коротком барабане – сбрасываемом навесном отсеке. При общей высоте 5 метров и максимальном диаметре 4,1 метра корабль имел стартовую массу около 15 тонн. Последняя цифра превышала возможности «Зенита», и для увеличения энергетики ракеты на её второй ступени вместо керосина предложили более эффективное синтетическое горючее типа «циклин» (он же «синтин» или 1,2-дициклопропилциклопропан). Некоторую добавку скорости планировалось получить от использования пороховой двигательной установки системы аварийного спасения: в случае штатного полёта её запускали бы перед включением двигателя второй ступени, а затем сбрасывали.
«Заря» виделась золотой серединой между «Союзами» и «Прогрессами», которые была призвана заменить, и мощным, но дорогим «Бураном». «Зенит» при первых пусках стоил втрое дороже ракеты «Союз», но в то время новый носитель ещё только проходил лётно-конструкторские испытания. После налаживания серийного выпуска и выхода на регулярную эксплуатацию он непременно должен был подешеветь, и, с учётом кратности применения «Зари», расходы на использование новой транспортной системы казались умеренными.
Казалось, для «Зари» всё складывается хорошо. Одобрение эскизного проекта открывало дорогу к выпуску рабочих чертежей, изготовлению «железа» и началу лётно-конструкторских испытаний. Но всё внезапно закончилось в начале 1989 года…
Официальной причиной свёртывания проекта назвали отсутствие финансирования. В самом деле, в 1989 году экономический кризис в СССР разрастался, и многие космические программы закрывались или замораживались. Реализация проекта «Буран» резко замедлилась. Были остановлены проекты ракет-носителей «Вулкан», «Гроза» и «Энергия-Т» на базе элементов «Энергии». По этим причинам была пересмотрена (в сторону уменьшения масштабов) программа станции «Мир-2». Поэтому финансовая причина свёртывания «Зари» выглядит реалистично.
Но могло быть и по-другому: 10 января 1989 года умер В. П. Глушко, генеральный конструктор НПО «Энергия» и покровитель «Зари», а через год с предприятия ушёл и К. П. Феоктистов: говорят, он не поладил с Ю. П. Семёновым, руководившим направлением пилотируемых кораблей и орбитальных станций. Иными словами, «Заря» осталась без перспектив, финансов и «отеческого попечения». Так и не вспыхнув, она тихо и незаметно погасла….
То, что проект не состоялся, в космонавтике не редкость. В данном же случае интересно, что, спустя годы, сам Константин Петрович признал «Зарю» своей ошибкой. Вроде как по причине небольшого аэродинамического качества, которое, по его словам, можно и нужно было увеличить. Впрочем, к концу жизни он вообще посчитал пилотируемую космонавтику тупиком и напрасной тратой ресурсов, поэтому такая оценка «Зари» неудивительна…
Да, небольшое аэродинамическое качество – это врождённое свойство капсул: физику не обманешь! Точность посадки «Зари» – невысокая по нашим временам – предполагала приземление на неподготовленные площадки (поскольку подготовленная – это «пятак бетона» диаметром 5 километров!). В этом случае посадочные двигатели, как бы высоко на корпусе их ни размещали, проделывали в грунте кратер с центральной «горкой», попадая на которую «возвращаемый корабль» заваливался в боковую кольцевую траншею.
Для «Союзов» кувырки и падение на бок, в том числе после посадки, – неприятная особенность, неопасная для экипажа. А вот для многоразовой конструкции вмятины, повреждение плиток теплозащиты и деформации корпуса чреваты серьёзными ремонтно-восстановительными работами.
Так какую же альтернативу имел в виду конструктор космических кораблей?
Зная корни образования и начального периода работы К. П. Феоктистова (в 1949 году защитил на кафедре газовых турбин и воздушно-реактивных двигателей МВТУ имени Н. Э. Баумана диплом по теме воздушно-реактивного двигателя с осевым компрессором, работал в Специальном конструкторском бюро СКБ-385 в городе Златоусте (ныне – Государственный ракетный центр (ГРЦ) имени академика В. П. Макеева), затем в НИИ-4 в посёлке Болшево Московской области вместе с выдающимся конструктором в области ракетостроения Михаилом Клавдиевичем Тихонравовым), можно понять, что никакой пресловутой «нелюбви» к самолётным формам конструктор космических кораблей не имел (в начале 1955 года защитил кандидатскую диссертацию в области теории движения крылатых ракет).
Скорее всего, Константин Петрович знал их преимущества и недостатки и, возможно, говорил о летательных аппаратах с несущим корпусом – аэродинамическом решении, при котором подъёмная сила формируется за счёт обводов и специфической формы аппарата. Находясь по аэродинамике между полубаллистическими капсулами и крылатыми кораблями, они сочетали относительно небольшую массу первых и возможность большого бокового манёвра вторых.
Если капсула могла сманеврировать «вбок» максимум на 50-100 километров, то аппарат с несущим корпусом мог «вильнуть» уже на 800-1800 километров. Для сравнения: крылатые аппараты вроде шаттла или «Бурана» обладали возможностью бокового манёвра более чем на 2500 километров.
Более того, у НПО «Энергия» был в этом деле и некоторый опыт. В самом начале исследований по «Бурану» рассматривался проект многоразового транспортного корабля с вертикальной посадкой МТК-ВП несущей схемы с вертикальным парашютным приземлением. В поперечном сечении он имел форму всё той же «фары». Предполагалось – ещё при В. П. Мишине – использовать для запуска МТК-ВП модифицированную Н-1, а после закрытия лунной программы и прихода к руководству В. П. Глушко – один из вариантов ракеты РЛА-130, ставшей впоследствии «Энергией». И хотя МТК-ВП так и остался в проекте, опыт проработки наверняка пригодился и для «Зари», и для последующих проектов.
Развивая тему небольшого многоразового корабля, в середине 1990-х годов А. Г. Решетин вновь вернулся к концепции аппарата с несущим корпусом, превратившейся к 2005 году в проект «Клипер». По весу и транспортным возможностям космический корабль соответствовал «Заре» и поначалу прорабатывался в конфигурации несущего корпуса, хотя его финальная версия всё же стала крылатой.
Ещё одной веточкой, выросшей из «Зари», стал проект корабля-спасателя для Международной космической станции (МКС), предложенный в середине 1990-х годов РКК «Энергия». Конструкция базировалась на заделе «Зари»: восьмиместный корабль стартовой массой 12,5 тонн имел максимальный диаметр 3,7 метра и мог доставляться на МКС в грузовом отсеке шаттла. В режиме ожидания «спасательная шлюпка» находилась бы на станции до пяти лет. Однако в результате «оптимизации» проекта МКС функции корабля-спасателя американцы передали «Союзу-ТМ».
Прямым наследником «Зари» можно считать перспективный транспортный корабль нового поколения ПТК НП, именуемый сегодня «Орлом». Поначалу он заимствовал общую концепцию предшественника: большой возвращаемый аппарат с реактивной посадкой, правда, на основе твердотопливных газогенераторов и регулируемых сопел. Однако затем реактивная посадка эволюционировала сначала в реактивно-парашютную, а затем и в почти обычную парашютно-реактивную. Изначальное решение сочли слишком рискованным, в отличие от проверенных «тряпочек». Впрочем, за счёт применения трёхкупольной системы, раскрываемой на меньшей, чем у «Союза», высоте, удалось снизить влияние ветрового сноса и повысить точность посадки «Орла»: промах до 5 км при возвращении с низкой орбиты и до 7 км от Луны.
С точки зрения технической идеологии наследником «Зари» стал и многоразовый корабль CrewDragon Илона Маска. Он изначально шёл под реактивную посадку, поскольку компания SpaceX рассчитывала использовать корабль для посадки на планеты с разреженной атмосферой, вроде Марса. Маску удалось сделать свой корабль моноблочным: практически все системы и агрегаты сосредоточены в капсуле. Как и «Заря», CrewDragon должен был садиться на жидкостных SuperDraco, которые, как и на советском корабле, располагались на боковой поверхности выше центра масс. Правда, их было всего восемь, и работали они на ядовитых монометилгидразине и азотном тетраоксиде. Как и на «Заре», эта «парочка» размещена в непосредственной близости от экипажа, что не очень хорошо – компоненты самовоспламеняющиеся…
Свои космические бюрократы — в лице NASA — есть и в США. И они, равно как и их советские коллеги, высказали сомнение в надёжности реактивной посадки. Илон Маск в конечном итоге с этим мнением согласился, заменив реактивную посадку «банальной» парашютной. А двигатели SuperDraco теперь обеспечивают только аварийное спасение. В общем, и в этом случае у реактивной посадки не срослось…
Был ли проект «Зари» технически реализуем? Несомненно. Никаких препятствий для этого не стояло. Даже самый революционный элемент концепции – реактивная посадка – сегодня доказал свою жизнеспособность. Что касается точности, то общий промах в 2,5 километра можно было со временем улучшить, включив в систему управления спутниковую навигацию: первые ступени ракеты Falcon 9 попадают в «яблочко» небольшой посадочной площадки.
Наверное, «Заре» просто не повезло со временем – на стыке эпох у таких проектов шансов практически нет. Но ведь реактивная посадка на космическом корабле не прижилась позднее ни в России, ни в США. Хотя на ракетных ступенях – пожалуйста! В чём же причина?
Начнём с того, что ступень, как правило, большая и инертная, и управлять ею при посадке проще – от управляющих двигателей не требуется большого быстродействия. А запас топлива – он не критично сказывается на весовых издержках ракетной системы в целом – обычно достаточен для растягивания процесса посадки на несколько импульсов, каждый продолжительностью в десятки секунд. И если ступень разобьётся, её не очень-то и жалко – построим новую, ведь она гораздо дешевле космического корабля, тем более с экипажем!
Совсем иное дело – сравнительно небольшая капсула с малыми моментами инерции. Любые «глюки» – например, отказ одного из посадочных двигателей – вызовут заметные угловые возмущения, которые надо быстро парировать. Здесь быстродействие исполнительных органов должно быть на порядок выше, чем у ракетных ступеней.
Запас топлива для посадочных двигателей приходится свозить на орбиту и обратно – накладно! Поэтому компонентов на борт надо брать, только чтобы хватило для посадочного импульса. То есть на последние секунды свободного падения, когда, случись что, аварийные парашюты могут и не раскрыться… Да и несколько центнеров топлива под боком экипажа душу не греют, при жёсткой посадке пожар практически неизбежен. Ещё один корабль построить дорого, но возможно. А вот потерять экипаж…
И задумаемся: а так ли высока сегодня ценность сверхвысокой точности посадки? У современных кораблей нового поколения промах измеряется несколькими километрами. При нынешнем развитии средств связи, навигации и радиолокации аппарат засекают еще в воздухе, и к моменту посадки его уже ждут спасатели. В штатной ситуации не нужно организовывать грандиозные и дорогие поисково-спасательные экспедиции, а при нештатной реактивная посадка не поможет.
В общем, похоже, что не нужна реактивная посадка современному кораблю – без неё проще, надёжнее и дешевле. А приземление с околонулевой скоростью и перегрузкой можно организовать и привычными средствами – двигателями мягкой посадки или надувными баллонами…
Что почитать: