Накануне.Ру
8 августа 2005, 12:59
Шаттлы разваливаются от старости?
Насколько велики шансы американских астронавтов на благополучное возвращение на Землю, рассказывает заместитель генерального директор НПО "Энергия" М. Гофин
- В последнее время Шаттлы постоянно преследуют проблемы с теплозащитой. "Колумбия" погибла из-за отпавшей плитки, у "Дискавери" сейчас та же проблема и астронавты честно признаются, что они боятся лететь на этом корабле домой. В то же время "Буран" садился с шестью отлетевшими плитками. В чем причина такой разницы?
- В двух словах это достаточно трудно объяснить. У нас и у американцев теплозащита вообще схожа. Практически полностью совпадает большинство элементов, но есть, конечно, и различия. Мы начинали разработку теплозащиты позже американцев и, естественно, учли их недостатки. В итоге наши материаловеды, технологи и конструктора смогли сделать плитку несколько более надежную и более прочную, нежели у американцев. К тому же мы эксплуатировали "Буран" недолго, был всего один пуск. Дальше развалился Советский Союз и программа была закрыта. Американцы эксплуатируют свои шаттлы гораздо дольше, порядка двадцати пяти лет, поэтому совершенно естественно, что у них и покрытие уже изношенное, и технологии на сегодняшний день устарели. При этом сама теплозащита достаточно дорогостоящая, чтобы ее постоянно менять. У американцев производство одной плитки по стоимости доходило примерно до $800. А таких плиток всего на корабле - до 32 000. То есть, полностью поменять теплозащиту обойдется примерно в $ 25 600 000.
- От чего защищают эти плитки? Какая у них функция и насколько серьезна проблема, если несколько из них отлетят?
- Плитки, как Вы, наверное, заметили, на разных частях корабля вообще разные. На брюхе - черные, на спине - белые. Черные плитки работают при спуске с орбиты, они находятся на той стороне, которая омывается плазмой при посадке. Ведь когда корабль на орбите, то у него высокая скорость, а, соответственно, и высокая кинетическая энергия - скорость космического корабля около 8 км/с, а при вычислении кинетической энергии она возводится в квадрат. Потенциальная энергия тоже высокая - высота 100-300 км . А на земле и скорость и высота - ноль. И всю гигантскую накопленную энергию надо куда-то деть. В данном случае ее гасят путем трения обшивки корабля о воздух в плотных слоях атмосферы при посадке. При этом эта энергия создает плазму. То есть воздух разогревается настолько, что его температура становится около 10 000 градусов.
Теплозащита же устроена таким образом, что если в плазме 10 000 градусов, то на самой плиточной теплозащите на брюхе, куда достается основная нагрузка, от 1250 градусов до 1000. А обшивку делают из алюминия, который "держит" только 160 градусов. Так что и черной плитку в этих местах делают для того, чтобы от 100% тепла, полученных от трения, мы вовнутрь пропустили всего 7%. 93% мы должны выбросить назад, иначе космонавты заживо сварятся. Эту энергию надо "высветить" обратно в воздух. В соответствии с физикой, количество тепла, которое мы высвечиваем, сильно зависит от коэффициента черноты покрытия. Поэтому на брюхе и делают плитку, как можно чернее. Максимальное значение коэффициента, естественно, 1, у нас на "Буране", например, были цифры 0,9 - 0,97.
Если же нарушается целостность плиток, то плазма проникает внутрь и все выжигает. Именно это произошло на "Колумбии" и именно этого боятся на "Дискавери". Кроме того, теплозащита должна скомпенсировать не только перегрев, но и переохлаждение. Если корабль будет ориентирован на "черный" космос, то он может охладиться до -160 градусов на поверхности, а металл обшивки - до -120 градусов. И тогда при посадке разница внешней и внутренней температур, которая будет действовать на теплозащиту, будет еще больше. Так что надо делать теплозащиту так, чтобы она не потрескалась.
- Что же конкретно произошло с теплозащитой американцев? Насколько серьезны их повреждения?
- Ничего страшного у них не произошло. У них выскочило межплиточное уплотнение. Между плитками выпал холстик. Фактически, сейчас они просто рекламу себе делают, мол, мы ремонт умеем делать в космосе.
Повреждение же само по себе недостаточно серьезное и могло бы привести только к одному. Понимаете, при посадке обтекание корабля воздухом бывает ламинарное, когда воздух идет параллельно обшивке, а есть турбулентное, когда обтекание идет с завихрениями. Вот ершистость плитки или выступы - они и грозят тем, что этот переход произойдет раньше. А чем он раньше, тем сильнее будет нагрев обшивки, тем больше мы получим вовнутрь тепла.
При ламинарном же обтекании создается своеобразный "пограничный" слой. Частички воздуха, которые обтекают корабль, как бы "прилипают" к поверхности и имеют нулевую скорость. Остальные слои воздуха разгоняются вплоть до гиперзвука. На переходе между этими слоями и убирается мешающая нам разница температур. Когда же ламинарное обтекание переходит в турбулентное, пограничный слой становится более тонким и, соответственно, не таким эффективным.
- Насколько я знаю, у американцев были проблемы и в районе иллюминаторов?
- На мой взгляд, эти проблемы вообще не могут привести к каким бы то ни было серьезным последствиям. Рамки иллюминаторов выполнены из титана, а стекло выдерживает температуры очень высокие, вплоть до тысячи градусов. Обычно температура в этом месте не превышает 600 градусов. К тому же, там, по сути дела, "подветренная" зона, то есть нет непосредственного контакта с плазмой.
- То есть, все переживания по поводу судьбы экипажа "Дискавери" необоснованы?
- Единственное, что может вызывать опасения - это место повреждения теплозащиты на брюхе Шаттла. Как я понял, у них повреждение в районе передней ноги шасси. Для открытия шасси, как бы ни противился конструктор, приходится оставлять щель. Если уплотнение выпало именно в этой щели, то там может разогнаться плазма, а если она разгонится, то она прожжет внутренние уплотнения, пройдет вовнутрь и произойдет тоже самое, что было с "Колумбией" - отрежет крыло просто или повредит створку шасси или сами шасси. Собственно говоря, там есть два слоя уплотнения - верхний, который они и вытаскивали, который примыкает к теплозащите, - это тепловой барьер. А под ним обязательно должен быть еще резиновый уплотнитель - барьер герметичности, потому что "под брюхом" Шаттла давление выше, чем на его "спине". В данном случае это приводит к тому, что плазма стремится из зоны более высокого давление переместиться в зону более низкого. Если нет герметичности, то она проникает внутрь корабля, а дальше как плазменная горелка начинает резать алюминиевый корпус как масло. Поэтому очень важно сохранить герметичность. Так что сейчас мне сложно делать прогнозы - я не знаю, сумели ли они сохранить необходимую герметичность и сильно ли вылетело уплотнение створки шасси. Обычно на брюхе корабля плитки идут впритык, но не одна плитка над другой, а со сдвигом в полряда. Так что плазме негде и некуда разгоняться. А там, где раскрывается створка шасси, остается длинный шов, причем он шире, чем в других местах, чтобы створки могли открыться. И там вот как раз плазме есть, где разгуляться, если вылетит уплотнительный шнур. Тогда это опасно. Вообще наиболее опасные места Шаттлов - это стыки носовой части, передних кромок крыла и межплиточные стыки на подвижных частях. Это створки шасси и элероны, которыми управляется аппарат.
- Если на самом деле все не так страшно и проблемы с Шаттлами решаемы, то, может, России не стоило в свое время прекращать программу по созданию своего Шаттла - "Бурана"?
- Дело в том, что когда остановили программу "Буран", Советский Союз фактически развалился, а одна Россия тянуть такую дорогостоящую программу не в состоянии. Тем более, что старт все равно производить надо было из Казахстана, с Байконура.
К тому же есть еще один момент: мы же проиграли, в общем, холодную войну, а корабли типа "Буран" и Шаттл строились исключительно под лазерную пушку, чтобы сбивать ядерные боеголовки друг друга.
После окончания холодной войны, построив "Буран", мы столкнулись бы с другой проблемой - образно говоря, мы бы создали "КамАЗ", а возить на этом грузовике, в его кузове, стали бы спичечный коробок. Дело в том, что к тому времени не поспели полезные нагрузки. Полезная нагрузка, которая входила в грузовой отсек тех параметров - 6 на 18 метров - это как раз лазерное оружие. А все остальные полезные грузы - значительно меньше.
- Какие перспективы у российской космической промышленности сейчас? Американцы планируют заменить Шаттлы более новыми конструкциями. Останутся ли у нас все те же "Союзы", или есть что-то новое?
- Мы создали новую разработку, которая, по сути, является многоцелевой авиационно-космической системой. В сравнении с ней Шаттл оказывается устаревшим по всем параметрам. Если за выведение на орбиту полезного груза американским челноком сейчас приходится платить порядка $22-25 тысяч за кг, и его готовят к полету полмесяца - месяц, то нашу систему на базе самолета "Мрия" можно подготовить за сутки. Взлетает она с любого аэродрома первого класса, а стоимость килограмма полезного груза - $1 тысяча против 25 у Шаттла. Так что сейчас мы собираемся реализовать именно эту систему, которая сулит огромные космические перспективы.
Краткая справка
Многоцелевая авиационно-космическая система (МАКС) представляет собой двухступенчатый комплекс воздушного старта, состоящий из самолета-носителя Ан-225 "Мрия" разработки АНПК им.О.К.Антонова, на котором устанавливается орбитальный самолет в пилотируемом или беспилотном варианте или грузовой контейнер с внешним топливным баком, заполненным криогенными компонентами топлива.
Система базируется на обычных аэродромах 1 класса, дооборудованных необходимыми для МАКС средствами заправки компонентами топлива, наземного технического и посадочного комплекса и вписывается, в основном, в существующие средства наземного комплекса управления космическими системами.
Основные элементы системы МАКС выполнены в многоразовом исполнении, кроме внешнего топливного бака и блока выведения.
МАКС предназначена для решения широкого круга задач в космосе, в том числе:
- выведение на околоземную орбиту и возврат с орбиты различных полезных грузов;
- транспортно-техническое обеспечение космических объектов различного назначения;
- проведение аварийно-спасательных работ на орбите;
- решение научно-технических и технологических экспериментов в космосе;
- проведение международного контроля за космическим пространством;
- экологический контроль за космическим пространством и земной поверхностью;
- производство кристаллов, биопрепаратов и других материалов в условиях вакуума и микрогравитации.
- более низкая стоимость выведения полезных грузов на орбиту(~$1,000/кг) по сравнению с одноразовыми ракетами-носителями и многоразовыми средствами выведения первого поколения ("Буран", СССР и "Space Shuttle", США);
- возможность запуска в любом направлении;
- возможность выведения на орбиты с необходимым фазированием и параллаксом относительно аэродрома вылета;
- возможность широкого маневрирования в продольной и боковой плоскостях при возврате с орбиты;
- оперативность применения (подготовка старта занимает около суток);
- возможность возврата полезных грузов и их многоразового использования;
- возможность возврата МАКС при отмене пуска;
- экологическая чистота (сокращение полей падения ступеней и нетоксичные компоненты топлива).
Авторские права на данный материал принадлежат «Накануне.Ру». Цель включения данного материала в дайджест - сбор максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и качество данного материала.
Поделиться
Декабрь 6, 2024
Аэрофлот открывает полеты в Улан-Удэ
Декабрь 9, 2024
Запуск нового терминала барнаульского аэропорта могут перенести на 2026 год
Декабрь 9, 2024
Савельев заявил о планах РФ изготовить около 1 тыс. отечественных самолетов
Декабрь 9, 2024
Летный настрой: правительство поддержит воздушный транспорт