Когда в 1970-х годах задумывались космические шаттлы, в мечтах инженеров было создание нового типа космического корабля — который сможет перевозить людей и грузы на орбиту, возвращаться на Землю, а затем использоваться снова. Это удалось, но лишь частично.

В 1997 году Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) работало над созданием космического аппарата, который действовал по большей части как самолет. Они хотели создать космический корабль, который не только может быть использован многократно, но также быть надежным и достаточно эффективным, чтобы летать чаще и обходиться дешевле, чем шаттл.

Почему запуск шаттла был таким дорогим?


Из четырех основных компонентов шаттла только один — крылатый орбитер — был полностью многоразовый. Огромный внешний топливный бак отбрасывался, когда опустевал, после восьми минут полета и сгорал при повторном входе в атмосферу. Две ракеты-носителя (по бокам от топливного бака) также отстреливались, когда опустевали, уже спустя две минуты полета. Затем они парашютировали в океан, а после восстанавливались. Позднее ракеты разбирали и заполняли твердым топливом. Однако восстановление и заправка требовали так много специального оборудования и работы, что дешевле было бы купить набор одноразовых ракет для каждого запуска шаттла.

Эти и другие трудности сделали шаттл чрезвычайно дорогим транспортным средством — 400 миллионов долларов на каждый запуск по самым скромным оценкам. И это один только полет, не считая спутников и лабораторий на борту. В итоге, спустя 40 лет от начала космической эры, одноразовые ракеты остаются дешевле в использовании, чем шаттл.

Тем не менее идея одноразового транспортного средства всегда казалась расточительной. В конце концов, не выбрасывать же автомобиль после каждой поездки? В теории давно можно создать полностью многоразовый одноступенчатый орбитальный транспорт. Но различные факторы, в том числе производительность двигателей и материалов, используемых в топливных баках и других конструкциях, обросли такой дороговизной, что стали непрактичными, во всяком случае, если подвергались полезной нагрузке.

Технологии нацелены на создание многоразовой ракеты


Некоторые из этих факторов изменились в последние годы, сделав идею одноступенчатой многоразовой ракеты более жизнеспособной. Несколько ключевых технологий существенно продвинулись с тех пор, как был построен шаттл. Развитие некоторых композитных материалов (графито-эпоксид), мощных сплавов (алюминий-литий) и новой керамики позволили создать легковесные топливные баки и теплозащитные экраны. Двигатели стали легче и надежнее. В дополнение к этому, электромеханические системы контроля полетом заменили тяжелые и проблемные гидравлические системы. Меньшие, куда более способные компьютеры и продвинутые системы навигации упростили системы навигации и техобслуживания.

Некоторые из этих технологий уже применяются в разработке некоторых воздушных судов, например, бомбардировщика F-22, а также лайнера Boeing-777. Некоторые из этих исследований начались еще в 80-х годах в процессе разработки аэрокосмического самолета, способного летать на орбиту.

Эксперименты


В начале 90-х сторонники многоразовых ракет убедили DARPA провести эксперименты и убедиться, что одноступенчатая ракета может быть практичной и недорогой. McDonnell Douglas Corporation построила первый такой транспорт под названием Delta Clipper Experimental, или DC-X.

После полета команда показала, что DC-X готов лететь уже на следующий день.

Объединение с частной промышленностью


Понадобится не так много операций, чтобы снизить стоимость космической транспортировки. Многие эксперты считают, что снижение затрат приведет новых клиентов, в том числе и космических туристов. Другие эксперты считают, что затраты нельзя сократить, пока правительство не пустит частных предпринимателей в кресло пилотов.

NASA соглашается с такой точкой зрения. В 1995 году агентство объявило, что хочет помочь частной промышленности развивать новый экспериментальный космический корабль под названием X-33. Расчет был на то, что этот транспорт покажет, что космические путешествия могут быть экономически эффективными. Была также поставлена цель снизить стоимость запуска полезного груза на 90 %, до 3000 долларов за килограмм. Если эта цель будет достигнута, NASA предполагало, что частный сегмент будет самостоятельно создавать и поддерживать парк коммерческих многоразовых ракет-носителей (МРН).

И хотя МРН зачастую изображают как замену шаттлам, сами по себе они не были целью. Не было никакой необходимости заменять шаттлы, поскольку они с легкостью могли бы летать по 15 лет, а с улучшениями — и до 2030 года. Целью МРН было сокращение расходов на запуск.

Lockheed Martin выигрывает тендер NASA


В развитии X-33 были заинтересованы три крупных аэрокосмических компании. McDonnel Douglas предложила крупную версию DC-X, DC-XA, или Clipper Graham. Rockwell International (совместно с Northrop Grumann) предложила транспортное средство на базе челнока шаттла со многими улучшениями. Но в июле 1996 года NASA выбрало курс на сближение с Lockheed Martin Corporation, поскольку их план подразумевал использование множества технологических инноваций, и компания обещала много интересного в плане развития МРН после X-33.

План Lockheed Martin был в оснащении МРН новым двигателем — клиновоздушным ракетным двигателем. Вместо того, чтобы использовать обычный кластер конусообразных ракетных сопел, эта конструкция использовала несколько сопел, расположенных линейно вдоль краев прямоугольных клиньев. Автоматическая система управления полетом самостоятельно регулировала бы дроссели на каждом из семи двигателей транспортного средства. План также включал конструкцию «несущего корпуса», в котором весь транспорт представлял собой корпус с маленькими крыльями. Большая площадь X-33 эффективно бы распределяла тепло при повторном входе в атмосферу и задействовала тепловые экраны нового типа.

X-33 должен был быть 20,4 метра в длину и 20,7 метра в ширину. Скорость — 17 000 километров в час, что недостаточно для выхода на орбиту. Первый полет ожидался в марте 1999 года.

Корабль по имени VentureStar


Lockheed Martin назвала концепт свой МРН, которая должна была выйти после X-33 VentureStar. Она была бы идентична X-33, но в два раза длиннее и шире. Она смогла бы поднять 18 160 килограмм полезного груза. Первый полет был запланирован на 2004 год.

По плану VentureStar должна была быть полностью автоматизированной — корабль не включал бы экипаж. Направление для каждой миссии программировалось бы в бортовом компьютере системы. Автоматическая система контроля управляла бы всем, от двигателя и направления до пути полета. Люди на транспортном средстве были бы просто пассажирами. Отдельная капсула с системой жизнеобеспечения находилась бы в грузовом отсеке МРН.

К сожалению, проект был закрыт в 2001 году на стадии разработки X-33 после столкновения с серьезными техническими затруднениями и отсутствием финансирования. Теперь вся надежда остается только на SpaceX и ее разработки. Именно Элон Маск, как никто другой, понимает всю важность создания многоразовой ракеты-носителя, чем, собственно, сейчас и занимается SpaceX.

По плану NASA разработки ракет-носителей силами частных компаний должны были облегчить доставку астронавтов на МКС. Собственно, так и произошло: сейчас NASA заключила контракты с Lockheed Martin, Boeing и, совсем недавно, SpaceX.

С момента своего первого полета в 1981 году космический шаттл, несмотря на свою ограниченность, был очень полезным инструментом. Экипажи шаттла запустили коммерческие и военные спутники в космос, ремонтируют сломанные спутники (в том числе и уже не работающий космический телескоп Хаббла) и проводят важные научные эксперименты. Но в будущем многоразовая ракета-носитель может существенно облегчить выход людей в космос. Такой транспорт стал бы лучшим способом расширения нашего последнего рубежа.

Все слышали выражение – космические корабли многоразового использования, а зачем они нужны, мы сейчас разберемся.

С огромными материальными затратами всегда связаны любые запуски космических кораблей, и окупаются они очень редко и частично. Так, от громадного космического корабля «Аполлон» вернулась на Землю всего лишь одна маленькая кабина, которая весила всего несколько тонн.

Поэтому и начали ученые разных стран разрабатывать такие корабли, которые будут возвращаться на Землю целиком. Всего пару десятков лет назад в США и СССР были созданы такие корабли. Их назвали космическими челноками.

В отличие от ракет такой аппарат не приземляется с помощью парашюта, а имеет крылья и садится, как обычный самолет. Значительный груз они могут доставить и из космоса. Например, американский космический аппарат «Дискавери», что в переводе «открыватель», из космоса доставил несколько использованных спутников, общий вес которых составлял 19.5 тонн.

Развитием космических технологий можно считать и другое направление использования таких кораблей. Они могут доставлять на орбиту снабжение для разнообразных производств (например, для получения кристаллов и лекарств, особо чистых веществ), а также для космических электростанций, которые работают с помощью солнечной энергии. Сейчас такие корабли популярны в использовании для ремонта искусственных спутников нашей планеты и для обновления находящегося в них старого оборудования.

После высадки американцев на Луну очень многие люди на планете верили, что в начале XXI века уже никого не будут удивлять путешествия в космическом пространстве. Однако до такой реальности еще очень далеко. Несмотря на активную деятельность, ведущуюся в этом направлении, в ближайшее десятилетие вряд ли удастся реализовать подобный сценарий. Благодаря изучению космического пространства можно не только в будущем организовывать полеты на другие планеты, но и улучшить жизнь на Земле. Исследования в этой области позволяют получать ценные сведения, способствующие разработке новых технологий.

Защита от астероидов

По словам астрономов, занимающихся изучением небесных тел, возможность столкновения Земли с астероидом велика. По их расчетам, раз в 10 тыс. лет такая вероятность может настичь нашу планету.

Небесное тело в виде астероида представляет серьезную угрозу для человечества. Если предположить, что его размеры будут равны габаритам футбольного поля, тогда после столкновения возникнут необратимые последствия. Такая катастрофа приведет к гибели людей на планете. С нами произойдет то, что случилось с динозаврами – вымирание. Поэтому ученые постоянно отслеживают движение астероидов в космическом пространстве. Это позволит сбить такое тело еще на подлете к планете. Конечно, придется использовать ядерные технологии. По крайней мере, мощного заряда хватит, чтобы опасный астероид изменил свою траекторию движения.

Если с Землей столкнется какое-нибудь космическое тело диаметром в 100 м, тогда на планете образуется огромная пылевая буря и погибнут леса. Выжившие люди будут обречены на голод. Поэтому существует большая вероятность полного уничтожения человечества.

Космическое сырье

Количество ценных металлов на Земле ежегодно уменьшается. Поэтому людям в будущем рано или поздно придется добывать полезные ископаемые на других планетах. Однако для достижения поставленных задач обязательно нужно будет использовать новые технологии. С их помощью придется создать космических корабли, способные доставлять на другие планеты хотя бы роботизированное оборудование, а в обратном направлении — золото, платину, серебро и так далее. Для обеспечения транспортировки техники и сырья на дальние расстояния не подойдут двигатели, используемые в настоящее время. Поэтому космические исследования 21 века ведутся в области ядерных технологий. Они, возможно, позволят создать действительно эффективный ядерный двигатель, с помощью которого существенно сократится время перелета между космическими телами.

Некоторые компании уже ведут исследования относительно добычи полезных ископаемых, например, на астероидах. Некоторые ученые даже утверждают, что в относительно ближайшем будущем появится такая профессия, как космический шахтер. Всего скорее, первый подобный специалист будет работать на Луне. На нашем спутнике, можно добывать гелий-3. Он уже сегодня применяется для МРТ. Гелий-3 также предполагается использовать в качестве топлива для АЭС. В настоящее время стоимость данного вещества составляет 5000 американских долларов за 1 л. Помимо гелия-3, на Луне также можно добывать тантал. Он представляет собой редкоземельный элемент. Его используют при изготовлении солнечных батарей и других высокотехнологичных приборов.

Развитие медицины

Исследования в области космоса повлияли на появление большого количества медицинских препаратов, использующихся непосредственно на Земле. Особенно много было сделано открытий в области лекарств, помогающих в борьбе против рака. Был также разработан новый способ введения препарата в раковую опухоль. Кроме того, такие исследования помогли изобрести специальную механическую руку-манипулятор, которая осуществляет очень сложные действия внутри томографов.

Изучение космоса также способствовало изобретению лекарства от остеопороза. Оно не только лечит данное заболевание, но и позволяет проводить эффективную профилактику. Появлению способствовала разработка средств, благодаря которым космонавты защищаются от потери мышечной и костной массы, когда на них не действует гравитация. Тестирование изобретенных препаратов проводилось в космосе, так как человек в таких условиях теряет за один месяц примерно полтора процента костной массы.

Колонизация космического пространства

Ученые все чаще делают вывод, что рано или поздно придется заселять другие планеты. К такому заключению они приходят, потому что число людей на Земле постоянно увеличивается. При этом количество ресурсов планеты регулярно уменьшается. В то же время ухудшается экологическая обстановка. Ученые даже выполнили некоторые расчеты и пришли к выводу, что на Земле нормально может существовать максимум 16 миллиардов людей. Однако ухудшение жизни начнется уже в ближайшем будущем, когда нас с вами станет 8 млрд.

Такие прогнозы дали старт программам по изучению космоса. Научные изыскания направлены на изучение возможности межпланетных путешествий. Одной из рассматриваемых планет является Марс, на котором, предполагается, ранее уже существовала жизнь. К этому космическому телу регулярно запускаются зонды. На его поверхности уже работает марсоход. Он не только делает снимки поверхности планеты, но и изучает ее атмосферу и грунт.

Ученые также ведут разработку модулей, которые позволят людям жить и работать на Марсе. Этим вопросом начали заниматься еще в прошлом веке. Однако до сих пор в полной мере не решена проблема по доставке тяжелых грузов до Марса и в обратном направлении. Разрабатываются разные варианты энергоустановок для космических кораблей. Одни из них проектируются на основе солнечных батарей, а другие, возможно, будут работать на ядерном топливе. В любом случае требуется разработать такой двигатель, который позволит за минимальный промежуток времени доставить людей и оборудование на другую планету.

Заключение

Люди с самого начала своего появления вели кочевой образ жизни. В результате происходило заселение новых районов. Сегодня человек живет на всех континентах Земли, каждый из которых он изучил достаточно хорошо. Поэтому с появлением новых технологий человечество обратило свое внимание на ближний и дальний космос. Люди каждый год проводят огромное количество исследований в этой области. Они постоянно ставят перед собой новые цели. Хотя достичь желаемых результатов очень трудно, изучение космоса все же позволяет регулярно получать какую-нибудь инновационную технологию, улучшающую жизнь людей на Земле.