"Спейс Шаттл" - несбывшаяся мечта дешевого доступа в космос ⁠ ⁠

В современную эпоху ракетостроения, все только и разговаривают, как о многократном использовании ракет и их компонентов - от ступеней, до спускаемых аппаратов, до даже обтекателей. Этим занимаются многие компании - от всем известной SpaceX Илона Маска, до Blue Origin Джеффа Безоса, до проекта "Байкал-Ангара" центра Хруничева. По словам строителей, многоразовое использование значительно удешевит выход в космос. Звучат амбициозные цели "повторный запуск за 24 часа". Но прежде чем радоваться перспективе новой вехи освоения космоса, стоит учесть печальный опыт одного из самых известный прошлых проектов многоразового космического корабля. Речь идет, разумеется, о "Спейс Шаттл".

Программа шаттла началась в 1972 г., именно как более дешевая (за счет многоразовости) альтернатива ракете Сатурн-5 эпохи лунной программы 60-х. После десятилетней разработки, первый шаттл "Колумбия" был запущен в 1981 г.

Запуск первого Шаттла "Колумбия", 1981 г.

Большинство компонентов в шаттле были многоразовыми. Боковые твердотопливные ускорители сбрасывались на первом этапе полета в море и оставались на плаву, после чего их предстояло отбуксировать и использовать повторно. Сам челнок при возврате с орбиты входил в атмосферу и садился на аэродром как самолет. Не подлежащим повторному использованию был лишь основной топливный бак, поскольку он отделялся на слишком большой высоте и скорости, и сгорал при входе в атмосферу, не имея (в отличии от челнока) собственной термозащиты.

К сожалению, проблемы с обслуживанием начались с первых же полетов. Боковые ускорители при падении в море терпели повреждения от соленой воды. Челнок же испытывал сильнейшие перегревы при входе в атмосферу, требующие замены дорогой и сложной термозащиты. Также, двигатели челнока требовали замены каждые 5-6 полетов, и стоимость этой работы была практически сопоставима с постройкой нового шаттла.

Более того, за свою программу, шаттл потерпел две катастрофы, одна из которых - прямо связанна с проблемами износа при многократном использовании. В 1986 г. в шаттле "Челленджер" на взлете произошел прорыв в сварке сегментов одного из изношенных в прошлых запусках боковых ускорителей, пламя от которого в свою очередь взорвало топливный бак, после чего шаттл развалился в воздухе. В 2003 г. корпус челнока "Колумбия" при входе в атмосферу потерпел повреждения от отломавшихся кусков термозащиты топливного бака, от чего челнок потерял структурную целостность и был разрушен аэродинамическими нагрузками. В обоих случаях экипажи шаттлов (7 астронавтов в каждом) погибли в полном составе.

"Челленджер" за секунды до взрыва. Виден язык пламени, вырывающийся из разрыва бокового ускорителя.

За свою 30-и летнюю карьеру шаттл достиг немало. В списке его достижений - постройка Международной Космической Станции и вывод на орбиту телескопа "Хаббл". Но это было достигнуто крайне дорогой ценой. В итоге, после 30 лет эксплуатации, и на фоне непрекращающихся увеличений в расходах, проект шаттла был окончательно свернут в 2011 г.

Подведем финансовые итоги. Первоначально общая стоимость программы шаттлов оценивалась в 7,45 миллиардов долларов. Под конец же программы, общая стоимость (разработка и запуски) оказалась равной 196 миллиардов долларов (да-да, в 26 раз выше первоначальной цены). Поделив на 133 успешных запуска (не считая двух катастроф), получается что каждый запуск стоил умопомрачительной цены в 1,47 миллиарда долларов. Предельная же издержка для запуска шаттла (стоимость одного дополнительного запуска без учета уже вложенных в разработку денег) ниже, но тоже крайне высокая, в 450 миллионов долларов за запуск.

Дорогое удовольствие для ракеты, построенной для "дешевого многократного использования", не правда ли? Для сравнения, коммерческая ракета Delta IV Heavy (являющаяся самой дорогой из текущих ракет-носителей после сворачивания программы Шаттла) стоит 400 миллионов долларов за запуск без всякого повторного использования, и при этот выводит на орбиту бОльшую полезную нагрузку, чем шаттл. Более того, поскольку Delta разработана частной компанией, стоимость разработки уже включена в стоимость ракеты, а не производилась отдельно на деньги налогоплательщиков.

Учитывают ли строители современных многоразовых ракет печальный опыт предшественника? По заявлениям самих строителей - да. Например, возврат ступеней на собственной реактивной тяге избегает двух причин высокой стоимости обслуживания шаттла (а равно и связанных с ними катастроф). Ступень, тормозящая реактивной тягой (а не трением об воздух, как шаттл), избегает сильного перегрева, а сажаясь на сушу (или морскую платформу), избегает длительного контакта с соленой водой (в отличии от боковых ускорителей шаттла). Более того, эти ракеты (опять-же, в отличии от шаттла) оснащены системой аварийной реактивно-парашютной эвакуации спускаемого аппарата - что оставляет надежду экипажу спастись в случае взрыва шаттла.

Но сумеют ли все же новые строители многоразовых ракет на деле осуществить дешевый выход в космос - или же станут очередной жертвой раздува сложности и цен - покажет лишь время.

12.1K постов 41.5K подписчиков

Какие тут могут быть правила, кроме правил установленных самим пикабу :)

По этому поводу есть немного чёрного юмора.

Need Another Seven Astronauts

Need Another Shuttle Also

Вообще, пост повёрнут на том, что многоразовые корабли - дорого и непрактично. Однако, нет. Изначальные проекты Шаттла подразумевали, что челноки будут только доставлять на орбиту на перевалочную станцию грузы и экипаж, а дальше астронавты использовали бы другие типы кораблей. Сами челноки должны были быть другими - компактными и легкими. За счет этого планировалось экономить на больших РН и подготовках миссий. Но аванпроекты НАСА порезали сразу несколько ветвей американской армии - было начало 1970-х, новый виток холодной войны, да еще и бюджеты сократили. Военным все это было не нужно. Нужен был космоплан, который мог бы барражировать на орбите, инспектировать и захватывать неприятельские спутники, а в случае чего и орбитальной бомбардировкой не побрезговать.

В итоге вместо легкого челнока получился монстрообразный Шаттл, на запуск которого вбухивались огромные ресурсы. Никакие лунные экспедиции, которые должны были обслуживать новые челноки, с таким монстром больше невозможны. НАСА зашла в тупик с Шаттлом.

Мое ИМХО - настоящая революция в многоразовости будет с использованием ракетных движков на метане, как BE-4 от Blue Origin или Raptor от PaceX. Водород горит оооочень горячо, на шаттле пол движка перебирали. Керосин же оставляет после себя нагар (kerosene residue, cocking process), максимальное число испрьзований - 10 раз; это и заявленное число использований ступени Фалькона-9, и число использований Энергомашевского РД-173. Метановский же можно использовать на порядок больше, в Bleu Origin заявляли об использовании первой ступени New Glenn 100 (!) раз

Ну, на мой личный взгляд не специалиста, шаттл вполне успешен как первый в истории рабочий образец многоразового космического аппарата. Каждая ошибка проявившаяся в нем вполне серьезный задел будущим разработчикам многоразовых систем. И да, сравнение с "Delta IV Heavy" в посте не корректно, Дельта проектировалась с учетом знаний и материалов недоступных во времена разработки шаттлов, было бы странно еслиб проект имеющий технологическое преимущество в тридцать лет уступал в характеристиках предшественникам.

Почему не сбывшаяся, 135 полетов совершили, только в 2011 году закрыли программу. По моему это вполне успешно.

Шаттлы выполнили свою задачу. Было бы не выгодно, их бы не запускали. Сейчас дело за многоразовыми ракетами.

И да, что такое "летняя" карьера?

И Энергия оказалась невостребованной на тот момент, тоже обидно. Хорошая система была.

Интересно, если бы сейчас его полностью переработали, смог бы он стать действительно дешевым и надежным?

Хотя наверное формфактор который выбрали СпейсХ и Блу Ориджие все же проще и удачнее.

Отвалился кусок термозащиты от одноразового основного бака на 82 секунде после старта, как этот инцидент связан с многоразовостью самого шаттла?

Подведем финансовые итоги.

Поделив на количество успешных запусков. Ну дальше вы поняли

Насмешила фраза про то, что если бы летали на "Сатурнах", были бы уже на Марсе.

Ребят, это вы всерьёз или шутите так неудачно? Основная проблема с пилотируемыми полётами к марсу - совсем не отсутсвие достаточно дешёвых и мощных ракет. Опыт МКС убедительно доказывает, что (если не по одиночке, то все вместе уж точно) ведущие космические державы с опорой на те же шаттлы и (или ) дельты вполне способны по частям собрать на орбите вундервафлю почти любых размеров, совсем не обязательно межпланетный корабль собирать на земле и выводит одним гигантом типа Сатурна. Проблема одна - радиация. На МКС большая её часть отводится магнитосферой земли, за её пределами защиты нет. Именно поэтому вне пределов магнитосферы земли кроме астронавтов программы "Аполлон" никто не летал. Да и те были там считанные дни, тогда как полет к Марсу и обратно - месяцы и годы. Одно попадание хорошего сгустка высокоэнергичных протонов, и до марса вместо работоспособного экипажа долетает шашлык. Можно, конечно, огородить экипаж чем-нибудь достаточно тяжёлым и мощным, чтобы магнитосфера была не нужна, но это увеличит массу корабля так, что становится уже совсем пофиг, чем выводить такое на орбиту - Шаттлами, дельтами или Сатурнами - стоимость в любом случае будет вызывать эпидемию эпилепсии у экономистов всего мира. Пока не появится достаточно дешёвая и эффективная противорадиационную защита, на Марс никто не полетит, кроме героев мультиков Маска - слишком опасно и слишком бессмысленно.

Кстати, о Маске. Он, конечно, молодец ( а точнее, молодцы инженеры, на него работающие), и недавний спорный инцидент с Зумой этого ничуть не отменяет, не смотря на весь поднятый хайп, но его проект колонизации Марса - не очень научная фантастика. Да-да, именно потому, что все усилия сконцентрированы на постройке сверхтяжа. Какой бы большой и мощной ни была BFR, от протонного плевка со стороны солнца это не спасёт от слова никак. Не РН основная проблема, а радиация и отсутствие эффективных методов борьбы с ней. Если бы эти методы были и была целесообразность колонизации Марса, давно бы по модулям собрали корабль и полетели. А чем собирать - пофиг, хоть все теми же дельтами.

Но автору плюс, видно, что заморочился.

К сожалению, любезный ТС ошибается, и фундаментально.

Три основных ошибки:

Первая - это то, что "Шаттл" делался под какие-то там абстрактные выводы чего-то в космос. Его гигантский грузовой отсек был предназначен для того, чтобы обслуживать, выводить и таскать обратно аппараты класса "Hexagon". А это - долбаный автобус длинной в два десятка метров.

Чтобы забрасывать и обслуживать такие громады и нужен был "Шаттл". Видите, у "Хексагона" снизу четыре контейнера? Там кассеты с плёнкой. "Шаттл" запилили после того, как один их этих контейнеров упал на территории СССР, и из-за осознания, что пока он всё не выщелкает, его сбрасывать нецелесообразно, особенно, если для этого нужно дважды менять орбиту спутника массой в грузовик. В количестве трёх десятков штук. А каждому нужно ещё и плёночку поменять, заправить, и т.д. И челнок прекрасно справлялся (и справлялся бы и далее) с этой задачей, если бы не поменялась технологическая парадигма, и другие, новые спутники не стали бы слать фото и видео онлайн по цифровому сигналу. Так, что программа "Спейс шаттл" полностью отбилась на обслуживании этих спутников, о чём обычным гражданским специалистам, естественно, знать не нужно, они должны махать флажками и гордиться "Бураном", запуск которого и пристрелил-то СССР контрольным в голову со стоимостью выстрела 16 миллиардов советских "золотых" рублей за саму программу, не считая смежников и т.д., отголоски чего мы видим до сих пор, особенно зимой в каждой российской деревне, где в разгаре 21-го века люди прокапывают себе сквозь сугроб дорогу к ср.льной дырке и ломом разбивают намороженную гору-сталагмит из дерьма, чтобы верхом на неё не усесться, каждое морозное зимнее утро, чтобы банально по-большому сходить.

Вторая ошибка - это стоимость запуска в четыреста пятьдесят миллионов. Ну, тут ошибиться простительно даже отраслевому специалисту, поскольку в такие тонкости он, естественно, не может и не должен вникать. Данная стоимость запуска являлась т.н. "страховой", и включала в себя и стоимость самого запускаемого "Шаттла". Именно такую стоимость выплатила бы страховая компания за сам аппарат, если бы "Шаттл" гробанулся, без учёта груза, конечно же, ведь груз страховался отдельно. А аппарат, меж тем, благополучно возвращался, отмывался, чекался, и снова вперёд.

Ну, и третья - главная и фундаментальная ошибка - это думать, что все эти стоимости в принципе влияют хоть на что-нибудь, поскольку "Шаттл" был сугубо военным проектом, и не рассматривался с точки зрения окупаемости. У них атомная подводная лодка одна класса "Огайо" стОит современными деньгами в три миллиарда долларов, а их у них восемнадцать без учёта 24 трайдентов на каждом стоимостью под восемьдесят миллионов долларов каждый и на каждом по восемь беголовок W88 стоимостью в 281,3 миллиона долларов за каждую ( https://armscontrolcenter.org/u-s-nuclear-arsenal-costs-cons. ).

Итого только ими (SIC!) в море плавает - ОЧЕНЬ ГРУБО. (я в курсе, что часть под "топоры" переделали, но это дешевле, разумеется, не сделало) - 3.000.000.000*18 + 24*18*80.000.000 + 24*18*8*281.300.000 = 5.400.000.000 + 34.560.000.000 + 972.172.800.000 = 1.012.132.800.000 долларов, или более триллиона долларов только лутом и мобами, не считая НИОКРа. Только этими вот лодочками. Навскидку. Так, что двести ярдов грина на "Шаттл" - это тьфу и растереть! :) Это для нас страшно, а они этого даже не замечают.