Итак, «Рывок»! И до Луны уже рукой подать...
Смелая и увлекательная идея, связанная с энергичным развитием внеземных полетов, была недавно представлена на международной конференции «Пилотируемое освоение космоса» в подмосковном Королеве. Она вызвала большой общественный интерес и полемику среди тех, кто работает в космической отрасли. Специалисты Ракетно-космической корпорации (РКК) «Энергия» презентовали транспортную систему «Рывок» для многоразовых челночных рейсов в ближнем и дальнем космосе без промежуточных посадок на Землю. В том числе перелеты с орбитальной станции (например, МКС) в окололунное пространство, спуск на поверхность нашего ночного светила, полеты к астероидам и другим небесным телам.
Про возможность отправки многоразового пилотируемого корабля, стартующего с околоземной орбиты в окололунное пространство, и возвращение к орбитальному самолету или станции российские ученые думают не первый год. Еще в 2009-м работники РКК «Энергия» (С. Стойко, А. Лобыкин и другие) получили патент на изобретение, в котором описывалась в том числе и вышеприведенная схема. Сегодня их коллеги пошли дальше — провели уникальные баллистические расчеты, предложили ряд интересных новаций.
Разумеется, здесь интересны детали. За подробностями я приехал в РКК «Энергия», где встретился с автором концепта, заместителем начальника отдела баллистики Рафаилом МУРТАЗИНЫМ. Он пришел на предприятие после окончания МВТУ имени Баумана 37 лет назад. Автор восьми запатентованных изобретений по управлению движением космических объектов. В их числе — разработка новой технологии быстрой стыковки пилотируемых «Союзов» и грузовых «Прогрессов» с МКС. Это изобретение претворено в жизнь: теперь, как известно, корабли стыкуются не через двое суток, а через шесть часов после старта с космодрома. Кандидат технических наук, член-корреспондент Российской академии космонавтики имени К.Э. Циолковского, Рафаил Муртазин излагает суть идеи транспортной системы «Рывок».
— С первых шагов в пилотируемой космонавтике идет борьба за каждый килограмм увеличения массы кораблей. При этом немалая часть веса приходится на спускаемый аппарат, в котором экипаж возвращается на Землю, в частности, на систему мягкой посадки. Кроме того, много топлива требуется для выведения корабля на околоземную орбиту. Но если совершать пилотируемые полеты, стартуя не с Земли, а, скажем, с МКС, и после выполнения программы возвращаться на нее же, то можно кардинально улучшить весовые характеристики корабля. В этом случае открываются новые горизонты в освоении ближнего и дальнего космоса...
Разработка концепта, по словам моего собеседника, проводилась и на предприятии, и дома, причем в инициативном порядке, без привлечения бюджетных средств. В основном, за счет энтузиазма небольшой группы увлеченных специалистов. Прежде всего надо было найти ответ на принципиальнейший вопрос: сможет ли вообще многоразовый корабль, улетевший от МКС в окрестности Луны на расстояние 380 тысяч км, вернуться обратно и попасть точно в плоскость станции, чтобы состыковаться с орбитальным комплексом?
Проводились многочисленные расчеты. Поначалу не очень-то получалось. Но в апреле 2015-го решение было найдено. Ученые доказали: вернуться с окололунной орбиты точно к причалу МКС можно. Но только в определенные временные окна. Одно из них, к примеру, открывается на 21-е сутки полета после отстыковки от МКС.
Решив баллистическую проблему, специалисты начали отработку других этапов. И вот как выглядит концепт в целом. Многоразовый пилотируемый корабль (МПК) «Рывок» массой 11,4 тонны с полной заправкой будет состоять из двух отсеков — приборно-агрегатного, где расположены двигатели, и просторной герметичной кабины. Ее объем — 30 кубометров. Это больше, чем в существующих и даже в некоторых будущих кораблях. Для сравнения: на «Союзе» суммарный свободный объем двух герметичных отсеков — бытового и спускаемого аппарата — составляет всего около 5 кубометров. А у возвращаемого аппарата будущего американского корабля «Орион» — 19 «кубиков».
Идем дальше. У российского межорбитального челнока должен быть еще один обязательный элемент — большой экран в виде зонтика площадью 55 кв. метров. Он используется для аэродинамического торможения, когда МПК возвращается после перелета по трассе МКС — Луна (окололунное пространство) обратно к станции. На этом этапе возникает ряд сложных проблем. Прежде чем причалить к 450-тонному орбитальному комплексу, кораблю нужно снизить огромную скорость (вторую космическую), превышающую 11 км в секунду. Вот здесь и пригодится экран, чтобы эффективно, за счет торможения в атмосфере Земли, уменьшить скорость.
Да, именно так: корабль должен будет четыре раза погружаться в верхние слои атмосферы Земли, пронзая разреженный воздух на высоте 75-85 км от поверхности планеты. После первого нырка многоразовый корабль улетит в космос по сильно вытянутой эллиптической орбите, отдалившись на 40 тысяч км от Земли. Затем корабль пойдет на второй заход, третий: И каждый раз в атмосфере он должен будет выдерживать неистовый напор раскаленной плазмы. Эти удары и примет на себя экран. Он рассчитан на температуру 1200-1500 градусов (в зависимости от глубины погружения в атмосферу).
Процесс торможения будет продолжительным. Чтобы погасить скорость со 2-й до 1-й космической и перейти на орбиту МКС, «Рывку» потребуется более суток, а в ряде случаев и двое суток. Этот этап соответствует приближению запущенных с Земли «Союзов» к МКС по двухсуточной схеме.
— Многоразовый корабль должен постоянно базироваться на околоземной орбитальной станции, условно говоря, на МКС, — продолжает Муртазин. — Сухая масса его (без топлива) — всего 7 тонн. Это позволяет первоначально отправить корабль с Земли на орбиту МКС ракетой-носителем «Союз-2». А затем «Рывок» может отправиться к ночному светилу и совершать витки на низкой окололунной орбите. Впрочем, это не очень хороший вариант по энергетическим затратам. Более перспективным представляется использование новой транспортной космической системы для полетов к будущей международной окололунной платформе, которая может стать реальностью уже в конце следующего десятилетия. В этом случае многоразовый корабль взял бы на себя отправку на платформу сменных экипажей, снабжение ее, возврат на Землю образцов, доставленных с поверхности Луны...
Международная окололунная платформа, которую упомянул собеседник, может стать следующим после МКС весьма впечатляющим совместным космическим проектом ведущих стран мира. Сегодня в переговорах по ее созданию участвуют представители США, Канады, Германии, Франции, Японии, России, других государств. Энергично обсуждают различные аспекты проекта специалисты РКК «Энергия» и НАСА. Уже вырисовываются контуры будущей платформы. Масса — 40 тонн. Предполагается, что она будет выведена на высокоэллиптическую окололунную орбиту с максимальным удалением от Селены на 75 тысяч км, минимальным — 4 тысячи. Такая станция станет важным шагом на пути создания обитаемых баз на ближайшей соседке Земли.
Схема аэродинамического торможения в атмосфере Земли
Между тем разработчики новой космической транспортной системы идут дальше. Они занимаются расчетами еще двух других транспортных систем. «Рывок-2» предполагает посадку многоразового корабля на Луну. «Рывок-3», или «Рывок-МПП», — самая свежая идея, изюминка которой в том, что на международной окололунной платформе будет постоянно базироваться наша лунная взлетно-посадочная ступень. И не весь корабль, а только эта ступень начнет курсировать с экипажем на борту между платформой и Луной. Найдется дело и многоразовому кораблю. Он будет доставлять экипажи с МКС на окололунную платформу и обратно.
Но вернемся к транспортной системе «Рывок-2». Какова схема полета корабля от МКС к Луне с посадкой на ее поверхность? В этом варианте не обойтись без ракеты сверхтяжелого класса грузоподъемностью 80-115 тонн. Мощная ракета выводит на околоземную орбиту большую конструктивную связку: два разгонных блока — КВ и ДМ, а также взлетно-посадочную ступень для осуществления десанта на Селену. Только после этого многоразовый лунный корабль отчаливает от МКС и пристыковывается к связке. Блок КВ передает мощный импульс многоразовому кораблю для подъема на окололунную орбиту и затем отделяется. В окрестностях Селены включается в работу другой блок — ДМ, направляя корабль к поверхности Луны. Выполнив свою миссию, ДМ тоже отделяется...
Итак, лунный корабль опускается на поверхность ночного светила. Он будет оставаться там от пары недель до месяца. Потому что временные окна для отлета с Луны к МКС открываются лишь на 12-е, 21-е и 30-е сутки. Оставив на Селене взлетно-посадочную ступень, многоразовый корабль вернется на МКС.
— Этот вариант станет возможным, когда появится носитель сверхтяжелого класса, — поясняет Рафаил Фарвазович. — Дело будущего. А вот для полетов к международной пилотируемой окололунной платформе можно использовать уже имеющиеся сегодня (кроме, естественно, многоразового корабля) элементы транспортной системы. Это та же МКС, корабли «Союз», на которых космонавты прилетают на станцию и возвращаются с нее на Землю. Это ракета «Ангара-А5», успешный запуск которой состоялся 23 декабря 2014-го. И, наконец, модернизированный разгонный блок ДМ. Как видим, на данном этапе не требуется использование ракет сверхтяжелого класса с водородными ступенями...
В завершение беседы спрашиваю космического навигатора, не станет ли предлагаемая новая транспортная система, если удастся ее реализовать, конкурентом нашему же перспективному пилотируемому кораблю «Федерация», который создается в той же «Энергии»?
— Ни в коем случае, — уверенно отвечает Муртазин. — Несмотря на кажущуюся схожесть проектов, на самом деле у «Рывка» и у будущих кораблей «Федерация» разные цели и задачи. Сейчас экипажи отправляются в космос и возвращаются на Землю на «Союзах», а в недалеком времени будут использоваться новые корабли. Система «Рывок» для этого не предназначена, так как может выполнять лишь межорбитальные перелеты. И вообще «Федерация» станет одним из важнейших элементов фундамента нашей космонавтики. Для наглядности использую такое сравнение. В семье есть две легковые машины — мощный внедорожник и малолитражка. На каком автомобиле лучше отправиться в загородную поездку, преодолевать ямы, глубокие лужи? Конечно, на внедорожнике. А пробираться в городских пробках, находить местечко для парковки, меньше тратить бензина куда удобней на малолитражке. Так вот, «Рывок» — это, образно говоря, космическая малолитражка...
P.S. Удачное сравнение привел ученый. Действительно, «Федерация» — тяжелая, магистральная техника. Корабль предназначен для отправки людей и грузов на орбитальную станцию, для выполнения Лунной программы, в том числе доставки с Земли различных материалов, конструкций. Может совершать автономные полеты на низкую околоземную орбиту, использоваться как научная лаборатория. Важно, что при полетах к Луне экипажу не требуется пересадка на МКС, сопряженная с многочисленными динамическими операциями. Словом, корабль «Федерация», включенный в российскую космическую программу, обеспеченный финансированием, — более универсальное внеземное транспортное средство. А «Рывок» пока — только идея, инициативные разработки увлеченных своим делом энтузиастов... Но идея, уверен, стоящая!
Голоса
Марк Серов, начальник летно-испытательного отдела ОАО «РКК «Энергия»
— В идее «Рывка» сделан акцент на баллистическое проектирование. Но при этом не учтены некоторые очень важные объективные технологические и организационно-технические проблемы, практически непреодолимые на данном этапе развития космонавтики. Так, если кораблю не удастся выйти в плоскость орбиты МКС (при отказе коррекции траектории), а также при возможных ошибках маневрирования в процессе аэродинамического торможения может возникнуть нештатная ситуация.
Кроме того, баллистические схемы предполагают длительное нахождение людей в радиационных поясах, что связано с повышенными дозами радиационного облучения. По мнению специалистов, повторное использование аэродинамического теплозащитного экрана без специального обслуживания и соответствующей сертификации (имея в виду существующие технологии теплозащитных материалов) с высокой вероятностью чревато повреждением теплозащитного экрана.
Ирина Романова, руководитель пресс-центра ОАО «РКК «Энергия»
— С начала космической эры в мире уже создано много космических кораб-лей. Каждый из них прошел сложный путь от идеи до утверждения и защиты проекта на государственном уровне, от проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ до завершающего этапа — воплощения корабля «в железе». Именно такой путь прошел и пилотируемый транспортный корабль (ПТК) «Федерация», работа над которым продолжается полным ходом в РКК «Энергия» в соответствии с федеральной космической программой.
Но «Энергия» не была бы «Энергией», если бы здесь не генерировали идеи, не искали нестандартные подходы к решению задач современной космонавтики. Да, не все идеи могут воплощаться в жизнь. Но в этой работе ничего не бывает зря — такие идеи становятся своего рода интеллектуальным заделом для дальнейшего научно-технического развития.