Схема полета на транспортном космическом корабле многоразового использования «Space Shuttle» выглядела следующим образом.
Вначале включаются три основных двигателя орбитальной ступени. Как только они разовьют полную тягу, включаются два двигателя ускорителей. После того как суммарная тяга станет выше массы корабля, освобождаются узлы крепления к пусковой установке и «шаттл» стартует.
Отделение ускорителей происходит через 120 секунд полета, после того как корабль совершит начальный маневр по тангажу. В это время скорость должна быть 1500–1550 м/с, а высота полета около 45,5 км.
После этого орбитальная ступень с топливным баком выходит на орбиту высотой 80-160 км. Ориентирование осуществляется таким образом, чтобы обеспечивались наиболее благоприятные условия для входа в атмосферу сбрасываемого топливного бака. Перед сбрасыванием бака оставшееся в нем топливо сливается за борт, а после сбрасывания в его носовой части включается тормозной двигатель, обеспечивающий сход бака с орбиты.
В это же время орбитальная ступень, используя бортовую систему маневрирования, отходит от сброшенного топливного бака и приступает к выполнению поставленных перед ней задач.
По завершении программы полета орбитальная ступень выходит на траекторию возвращения на Землю. Вход в атмосферу осуществляется при постоянном угле атаки 32° до тех пор, пока скорость аппарата не упадет до 7 звуковых. Затем ступень совершает маневр относительно поперечной оси и переходит на планирующий полет.
На конечном участке входа в атмосферу, начиная с высоты 120 км, орбитальная ступень имеет достаточный запас энергии, чтобы обеспечить номинальную поперечную маневренность в пределах 2000 км.
Специалисты НАСА рассчитывали, что скорость захода на посадку и скорость приземления ступени будут почти такими же, как и у современных мощных реактивных лайнеров, — в пределах 315 км/ч.
* * *
НАСА и авиационным фирмам, работавшим над проектом нового транспортного корабля, не удалось уложиться ни в заявленные сроки, ни в заявленную стоимость. Так, общая стоимость проекта возросла с 5,2 миллиарда (1971 год) до 10,1 миллиарда долларов (1982 год). Стоимость одного пуска выросла с 10,5 миллиона до 240 миллионов долларов.
Первоначально предполагалось изготовить пять экземпляров орбитального самолета, однако в целях уменьшения общих затрат было изготовлено всего четыре летных образца аппарата. Эти аппараты получили названия «Колумбия» («Columbia»), «Дискавери» («Discovery»), «Челленджер» («Challenger») и «Атлантис» («Atlantis»).
Первый космический старт «челнока» «Columbia» состоялся 12 апреля 1981 года. При этом он провел в космосе более двух суток.
Уже в ходе эксплуатации системы «Space Shuttle» выяснилось, что она не обеспечивает достаточную надежность полетов в космос, особенно во время запуска. Это стало очевидно всем после катастрофы челнока «Challenger», случившейся в небе Флориды 28 января 1986 года при двадцать пятом запуске транспортного корабля системы «Space Shuttle». В результате катастрофы погибли семь американских астронавтов. Только прямые убытки от катастрофы «Challenger» составили почти 2 миллиарда долларов, из которых примерно 1,5 миллиарда приходится на сам челнок.
После потери «Challenger» американцам пришлось построить пятый орбитальный самолет. Новый аппарат, получивший название «Индевер» («Endeavour»), стартовал в мае 1992 года.
До катастрофы челнока «Challenger» считали, что с помощью «шаттлов» ежегодно можно будет произвести от 20 до 24 запусков, поэтому американцы собирались в будущем практически отказаться от применения одноразовых ракет-носителей. Уже после катастрофы им срочно пришлось восстановить производство некоторых одноразовых ракет, включая «Atlas» и «Titan». Одновременно было решено разработать и изготовить новые одноразовые системы различной грузоподъемности, которые расширили бы возможности США в выполнении космических полетов.
Однако к окончательному крушению программу транспортного корабля многоразового использования привела катастрофа старейшего челнока «Columbia», произошедшая 1 февраля 2003 года. Список жертв космоса пополнили шесть американских и один израильский астронавт.
Теперь уже не идет даже речи о том, что подобные космические челноки выгоднее одноразовых носителей.
Однако тридцать лет назад «Space Shuttle» казался вполне реальной угрозой, способной пошатнуть сложившееся равновесие. «Шаттл» мог выслеживать советские космические аппараты, изучать и уничтожать их. Даже габариты грузового отсека этого корабля были выбраны исходя из возможности захвата, размещения в отсеке и возвращения в нем на Землю пилотируемой орбитальной станции «Алмаз».
С другой стороны, в этом грузовом отсеке можно было разместить до 30 ядерных управляемых боеголовок.
До сих в книгах по истории космонавтики можно встретить утверждение, будто бы «шаттл» мог во время возврата с орбиты по трассе, проходящей с юга над Москвой и Ленинградом, сделать некоторое снижение (нырок) и сбросить ядерный заряд в районе этих городов.
Сегодня эта идея представляется откровенным блефом. Для того чтобы сбросить что-то на города внизу, челноку необходимо развернуться «брюхом вверх» и открыть створки грузового отсека. А подобный маневр при снижении опасен прежде всего для самого «шаттла» — «Columbia» погибла из-за прогара крыла именно на этапе спуска.
Но американцы сделали все, чтобы заставить наше руководство поверить в реальность подобного нырка. Рассказывают, что в период подготовки совместного полета кораблей «Союз-19» и «Apollo» (программа ЭЛАС), нашим специалистам, приехавшим поработать в США, специально подбрасывали «секретные» документы, в которых описывался мифический нырок. Дело дошло до того, что академик Келдыш поручил Институту прикладной механики АН СССР изучить эту проблему. Сотрудники института, видимо, не учли особенностей «шаттла» — тем более что в середине семидесятых космического челнока еще не было, а те рекламные проспекты, которое распространяло НАСА, изображали какой-то «чудо-корабль» — и пришли к выводу, что подобный маневр вполне возможен. На основе результатов анализа Келдыш направил доклад в ЦК КПСС. Состоялся разбор, в результате которого тогдашний руководитель страны Леонид Брежнев принял решение о разработке комплекса альтернативных мер с целью обеспечения гарантированной безопасности страны. По привычке решили делать свой аналог американского проекта. Работа над советским «шаттлом» началась…
Взлет и крушение «Бурана»
Головным предприятием по разработке многоразовой космической системы, аналогичной американскому транспортному кораблю «Space Shuttle», было назначено Научно-производственное объединение «Энергия», возглавляемое признанным конструктором ракетной техники Валентином Глушко.
Первоначально, когда в 1974 году зашла речь о перспективном транспортном корабле многоразового использования, конструкторами НПО «Энергия» был предложен бескрылый космический аппарат, состоящий из кабины экипажа в передней конической части, цилиндрического грузового отсека в центральной части и конического хвостового отсека с двигательной установкой для маневрирования на орбите. Предполагалось, что после запуска и операций на орбите такой аппарат войдет в плотные слои атмосферы и совершит управляемый спуск и парашютную посадку на лыжи с использованием пороховых двигателей мягкой посадки на окончательном этапе.
Однако у такого многоразового транспортного корабля имелся крупный недостаток — малая дальность бокового маневра при спуске. Нужна же была большая, ведь в отличие от американцев с их раскиданными по всему миру авиабазами (а аварийные полосы для космических челноков сооружены по всему миру — от острова Пасхи до Марокко) в распоряжении советских космонавтов имелось только три полосы на территории СССР: на Байконуре, в Крыму и у озера Ханка на Дальнем Востоке. Сесть же на них нужно было с любого витка…
В конечном итоге свое веское слово сказали политики. Облик американской космической системы был наконец утвержден, и сработало «официальное мнение»: американцы не глупее нас — делайте, как у них!
В конце 1975 года проектанты окончательно определились с конфигурацией будущего транспортного корабля — он должен стать крылатым. Появились первые чертежи орбитального самолета, названного «Бураном».
Это направление работ было поручено главному конструктору Игорю Николаевичу Садовскому. Заместителем главного конструктора по орбитальному кораблю назначили Павла Цыбина.
Ракета представлялась конструкторам как самостоятельная структура, а полезным грузом мог стать орбитальный корабль или любой другой космический аппарат. В отличие от американской, советская ракета должна была осуществлять запуск космических аппаратов самых различных классов.