Заря — прошлый путь в светлое будущее
Автор: Сергей Калядин
Привет, земляне. Сегодня мы с вами поговорим о таком проекте советской космонавтики, как космический корабль Заря. Это разработка должна была ещё больше утвердить лидерство Советского Союза в космической гонке с США, так как она содержала в себе самые передовые решения, воплотить которые смогли лишь несколько лет назад.
Полёт многоразового пилотируемого космического корабля «Заря» в представлении современного художника
Предпосылки
Но начнём мы, как водится, с предшественника, а именно — с Союза. После безусловного успеха пилотируемых программ «Восток» и «Восход», где в полёт отправлялось до двух космонавтов, стало ясно, что для дальнейшего освоения космического пространства человеком нужен куда более крупный корабль. Его созданием ещё в 1962 году занялось ОКБ-1 (Опытное Конструкторское Бюро) Королёва. Первоначально пилотируемый аппарат строился для полётов на Луну с дальнейшей высадкой на её поверхность, для чего он был адаптирован под длительные полёты.
ЛОК (Лунный Орбитальный Комплекс) должен был доставить двух космонавтов к Луне, но этого, к сожалению, не произошло. Лунная ракета Н-1 потерпела четыре последовательные катастрофы и её разработка была свёрнута в пользу программы Энергия-Буран. Тем не менее космический корабль никуда не делся и с 1960-х годов он остаётся единственным пилотируемым аппаратом Советского Союза и Российской Федерации.
Последняя модификация космического корабля Союз-МС
Союзы летали к космическим станциям серии Салют, а в дальнейшем к многомодульной орбитальной станции Мир. В экипаже было по два-три человека, в зависимости от экспедиции. Но шло время, станции развивались и стало ясно, что Союз вскоре будет не справляться со всё возрастающим количеством задач. Советский Союз готовился строить новую орбитальную станцию Мир-2 с головным блоком орбитального сборочно-эксплуатационного центра (ОСЭЦ).
Разрабатывался он для широкого спектра задач. Блок должен был осуществлять монтаж и развертывание крупногабаритных конструкций (допустим, можно было привозить спутник по частям, а затем их собирать в одно целое). Также ОСЭЦ занимался бы обслуживанием спутников (ремонт, дозаправка, сбор научных данных или грунта космического тела). Для такого спектра задач орбитальный центр обладал соответствующим мощностями и весил под 70 тонн. Чтобы доставить ОСЭЦ на орбиту планировалась использовать сверхтяжелую ракету Энергия.
Строительство предстояло грандиозное и стало ясно, что для столь широкого круга задач Союза времён лунной гонки, явно не хватит. Предстояло разработать новый космический корабль с увеличенным количеством посадочных мест, автономностью и технологичностью (а именно возможность многоразового использования и посадки на другое небесное тело).
Космический корабль «Заря»
Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 27 января 1985 года дало начало универсальному многоразовому кораблю. Проект курировался Константином Петровичем Феоктистовым, одним из главных конструкторов «Востока», «Восхода» и «Союза». Министерство общего машиностроения (предшественник Роскосмоса) и Министерство обороны поддержали проект после некоторых доработок. Разработка была разделена на два этапа. Сначала предполагалось создать многоразовый пилотируемый корабль, а затем его модификации для автономных полётов. Задачи были обозначены сразу:
— доставка экипажей численностью 2–8 человек и полезных грузов на постоянно-действующую орбитальную станцию типа «Мир» и возвращения их на Землю;
— дежурство на станции для обеспечения возвращения её экипажа на Землю в нужный момент (допустимая длительность полета корабля — не менее 195 суток, в последующем — до 270 суток);
— доставка и возвращение грузов в беспилотном варианте;
— проведения операций по спасению экипажей пилотируемых объектов станции типа «Мир» и орбитального корабля «Буран»;
— решения отдельных задач в автономных полетах в интересах Министерства обороны и Академии наук СССР;
— использования конструкции и систем корабля для решения целевых задач на втором этапе с учетом его дооснащения специальным оборудованием и аппаратурой.
Как мы видим цели были вполне себе выполнимы. Никаких полётов на Луну или Марс и в мыслях не было. Только работы на околоземной орбите. Тот же Союз строился для лунной миссии. В принципе, сравнивая с Союзом, мы видим последовательную эволюции общих характеристик пилотируемого корабля, которые также позволяли ставить новые задачи.
Огромным преимуществом Зари была многоразовость — одно изделие предполагали использовать до 30–50 раз, что, конечно, было нереально. Сегодняшний аналог советской разработки в виде корабля Crew Dragon от SpaceX предполагает эксплуатацию в 5 полётов, а потом — в музей.
Полёт многоразового пилотируемого космического корабля Crew Dragon в представлении современного художника
Советский корабль строили с учётом массо-габаритных возможность ракеты Зенит-2, которая производилась на Южмаше, что на Украине. А также учитывая габариты грузового отсека Бурана. Форма корабля напоминала спускаемый аппарат Союза, в виде такой «фары». Корпус Зари покрывался плиткой, аналогичной той, которая применялась на советских челноках.
Стартовая масса корабля достигала 15 тонн, диаметр — 4.1 метра, длина — 5 метров. Количество членов экипажа могла варьироваться от 2 до 8 человек, а с собой на орбиту Заря мог унести до 3,75 тонн полезного груза в случае автономного полёта. С экипажем же было 2 тонны (2–4 человека) или 1.5 тонны (5–6 человек).
Внутреннюю компоновку вы можете видеть ниже, полный список обозначений будет в описании картинки, а я опишу ключевые агрегаты корабля.
1 — возвращаемый корабль; 2 — транспортируемые грузы; 3 — посадочный двигатель; 4 — рабочий отсек; 5 — аэродинамический щиток; 6 — иллюминатор; 7 — звездный датчик; 8 — катапультное кресло; 9 — пульт управления; 10 — антенна аппаратуры сближения; 11 — агрегатный отсек; 12 — бортовая аппаратура; 13 — двигатели причаливания и ориентации; 14 — лобовой теплозащитный экран-амортизатор; 15 — доплеровский измеритель скорости; 16 — система дозаправки и двигательная установка; 17 — навесной отсек; 18 — система электропитания (СЭП) с электрохимическим генератором (ЭХГ); 19 — навесной холодный радиатор
Слева у нас располагается стыковочный модуль АПАС-89. Он мог стыковаться как к орбитальной станции, так и к космическому челноку. Этот фактор, а также большáя вместимость членов экипажа, позволяли использовать Зарю в качестве корабля спасения не только для крупных станций, но и для шаттлов.
Допустим, на корпусе Бурана космонавты обнаружили повреждения теплозащиты, из-за которых возвращаться на Землю становится просто опасно. В этом случае заранее подготовленный Зенит с Зарей (допустим, к другой миссии, которая началась бы после посадки челнока) отправляются к космоплану и эвакуируют до 6 человек с Бурана. Так, в теории, за 2 полёта можно эвакуировать весь экипаж корабля, если тот будет загружен под завязку (10 человек) (хотя навряд-ли кто-то бы а) посадил на Буран целых 10 космонавтов и б) держал бы на низком старте 2 ракеты). А сам челнок попытаться посадить на автоматике.
Следом у нас идут члены экипажа, которые, согласно картинке, располагаются в катапультных креслах, по трое/четверо в ряду. Всего — 2 ряда, соответственно, если второй свободен — туда идёт полезная нагрузка. Я не знаю, реализовали бы катапультированную систему в конечном итоге, так как это повлекло бы за собой уменьшение характеристик корабля.
Днище изделия представляет из себя наиболее прочную часть конструкции, так как именно оно будет подвергаться наибольшим температурным нагрузкам. К нему крепился навесной отсек, в котором располагалась двигательная установка для выведения корабля на расчётную орбиту и дальнейших манёвров. Перед посадкой отсек отстреливался и сгорал в атмосфере, так как вырабатывал весь свой ресурс.
Кстати о ней. В общем-то она была довольно стандартной, хоть и с изюминкой. Заря спускалась в атмосфере, выпускала стабилизирующий парашют и на нём снижалась до 1 км. В процессе посадки происходило несколько включений посадочной системы, которая насчитывала аж 24 двигателя. Они и осуществляли мягкую посадку на поверхность, точность которой была в пределах 2.5 км от запланированного места (для этого включались ещё 16 двигателей).
Изображение посадки возвращаемой части корабля «Заря».
Такой тип посадки имел как свои преимущества, так и недостатки, которые в конечном итоге и привели к закрытию проекта. Чем же она была крута? Первое — возможность садиться не только на Землю, но и на безатмосферные объекты в Солнечной системе: Луна, астероиды и спутники планет. Это даёт возможность стать одному изделию универсальным космическим транспортом без расширения номенклатуры кораблей. Второе — точность посадки. Такая возможность позволяет существенно экономить на логистике.
Эти плюсы безусловно играли на руку Заре, вот только минусы, вернее минус, один, уничтожил перспективную идею. На одной из комиссий поставили вопрос: «Что будет с экипажем при повреждении баков?» Ответ был неутешительным. Так как буквально один кусок космического мусора мог повредить бак, который в лучшем случае мог привести к отказу одного из двигателей, а в худшем — ко взрыву. И даже несмотря на этот очевидный минус схему посадки Зари попытался реализовать Илон Маск в своём корабле Crew Dragon. Но НАСА, которая после Шаттлов была помешана на безопасности, заставила SpaceX делать парашюты (и правильно).
Изображение посадки возвращаемой части корабля Crew Dragon
В итоге получился хороший космический корабль, который наголову превосходил Союз по своим характеристикам. Несмотря на опасную схему приземления, проект имел все шансы на жизнь. Достаточно было поменять реактивную посадку на обычную — парашютную. А плюсы в виде многоразовости корабля и дешевизны ракеты Зенит-2 были очевидны, особенно на фоне циклопической программы Энергия-Буран, где за доставку по сути такого же количества членов экипажа платили кратно больше.
Закат Зари
Помните когда вышло постановление ЦК КПСС о начала разработки Зари? Правильно, в 1985 году. Именно с этого момента началась Перестройка, которая и привела к развалу Советского Союза. Соответственно, плановая экономика продолжала загибаться и ассигнования на космонавтику стали падать.
Тут надо понимать, что параллельно с новым космическим кораблём велась разработка программы Энергия-Буран — монстра, который съедал огромное количество ресурсов советской космонавтики. При этом сам по себе путь челноков (но не ракет!) был провальным — они стоили неоправданно дорого, давая малый выхлоп. Это доказали Шаттлы, полёты которых закончились в 2011 году.
Помимо Бурана была и программа ДОС (Долговременные Орбитальные Станции), которая занимала немалую часть в советской космической программе. На момент начала работ по Заре на орбите находился Салют-7, а также строилась станция Мир.
В этой связи строительство нового корабля была явно не в приоритете, особенно при здравствующем Союзе. Зачем менять то, что и так хорошо работает? Спустя 4 года разработки, все работы по Заре были остановлены, в связи с недостаточностью финансирования. К этому времени был завершен выпуск основной конструкторской документации в НПО «Энергия» и смежных организациях, можно было начинать изготовление материальной части. Также на Байконуре уже был возведен агрегат посадки экипажа. Но всё оборвалось.
Агрегат обслуживания пилотируемых космических кораблей «Заря» и ракета-носитель «Зенит-3Ф» на космодроме Байконур. Фото И. Маринина из архива журнала «Новости космонавтики»
В итоге отечественная космонавтика потеряла возможность заменить устаревающий Союз на перспективную Зарю. Конечно, предстояло ещё много работы и испытаний, система реактивной посадки была бы безусловно заменена на парашютную. Но сам проект был во многом прорывным для своего времени, о чём говорит хотя бы тот факт, что его аналог появился только спустя 30 лет.
Так что протяни Советский Союз ещё года 3–4, хотя бы в условиях финансовой ситуации середины 80-х, то Россия вполне могла бы получить новый космический корабль и новую тяжелую ракету (Энергия-М) на замену Протону, гораздо раньше Орла и Ангары-А5. Но всё рухнуло слишком рано, и это очень печально.
Автор: Сергей Калядин
Оригинал
