Третья космическая гонка, которая, к сожалению, не случилась.

Эта статья скорее в тему "новое про старое", но русскоговорящее сообщество, к сожалению, об этом мало, что знает. Если знает, то отдельные отрывочные сведения, которые подаются с каким-то злорадным скепсисом. Я говорю о русскоязычном сообществе потому, что эти люди почти не владеют английским, не могут искать, находить, читать и усваивать материалы, выложенные на "басурманском языке". Пользуясь преимуществом знания обоих языков и собственным интересом к делам давно минувших дней, я решил немножко приподнять занавеску.

Для меня первым толчком, кстати, послужила статья на сайте о Буране История разработки многоразовой транспортно-космической системы (МТКС) Спейс Шаттл

Мне было немножко странно читать это на русскоязычном сайте в то время, когда все остальные источники на русском языке несли несусветную пургу про шаттлы, как систему вооружения, как глобальную угрозу. Я и по сей день встречаю в российских источниках, интервью и фильмах полнейший абсурд про то, что якобы, шаттл "выполнил нырок в атмосферу над Москвой", якобы, с целью продемонстрировать авозможность сброса бомбы. Любой более-менее грамотный человек понимает всю абсурдность этих бредней.

Во первых, для сброса боезаряда вовсе не нужно "нырять в атмосферу", во вторых, если шаттл бы "нырнул", то уж точно не "вынырнул" бы. Не было у шаттлов такой возможности, чтоб повторно разогнаться и выскочить из атмосферы, а на орбитальных скоростях в верхних слоях атмосферы, шаттл бы просто сгорел, не говоря о том, что не смог бы открыть створки грузового отсека ниже  100 км высоты. Ну бред, да и только. Но умные люди с серьёзным видом об этом настойчиво говорят с экранов российского ТВ вещания. И, что ужасно, некоторые в этот бред сразу и безоговорочно поверили.

Итак, что я прочел на сайте Бурана:

 24 июля 1969 г., когда экипаж "Аполлона-11" вернулся на Землю,  американская программа утратила свою цель., что сразу сказалось на пересмотре  дальнейших планов и сокращении ассигнований на программу "Аполлон". И хотя  полеты к Луне продолжались, Америка встала перед вопросом: а что делать человеку  в космосе дальше? То, что такой вопрос встанет, было очевидно задолго до июля 1969 г. И первая  эволюционная попытка ответа была естественной и разумной: NASA предложило,  используя разработанную для программы "Аполлон" уникальную технику, расширить  фронт работ в космосе: провести длительную экспедицию на Луну, построить базу на  ее поверхности, создать обитаемые космические станции для регулярного наблюдения  за Землей, организовать заводы в космосе, наконец, начать пилотируемое  исследование и освоение Марса, астероидов и дальних планет... Даже начальный этап этой программы требовал сохранения расходов на гражданский  космос на уровне не ниже $6 млрд. в год. Но Америка - богатейшая страна мира -  не могла себе этого позволить: Президенту Л.Джонсону нужны были деньги на  объявленные социальные программы и на войну во Вьетнаме. Поэтому еще 1 августа  1968 г., за год до высадки на Луну, было принято принципиальное решение:  ограничить производство ракет-носителей "Сатурн" первым заказом - 12 экземпляров  "Сатурн-1В" и 15 изделий "Сатурн-5". Это означало, что лунная техника не будет  более использоваться - и от всех предложений дальнейшего развития программы  "Аполлон" в итоге осталась только экспериментальная орбитальная станция  "Скайлэб". Нужны были новые цели и новые технические средства для доступа людей в космос, и  30 октября 1968 г. два головных центра NASA (Центр пилотируемых космических  кораблей - MSC - в Хьюстоне и Космический центр имени Маршалла - MSFC - в  Хантсвилле) обратились к американским космическим фирмам с предложением  исследовать возможность создания многоразовой космической системы. В сентябре Целевая космическая группа под руководством вице-президента С.Агню,  образованная для формулирования новых целей в космосе, предложила два варианта:  "по максимуму" - экспедицию на Марс, пилотируемую станцию на окололунной орбите  и тяжелую околоземную станцию на 50 человек, обслуживаемую кораблями  многоразового использования. "По минимуму" - только космическую станцию и  космический челнок. Но президент Никсон отверг все варианты, потому что даже  самый дешевый требовал 5 млрд. долларов в год. NASA оказалось перед тяжелым выбором: нужно было или начать новую крупную  разработку, позволяющую сохранить кадры и накопленный опыт, или объявить о  прекращении пилотируемой программы. Было решено настаивать на создании шаттла,  но подать его не как транспортный корабль для сборки и обслуживания космической  станции (держа, однако, это про запас), а как систему, способную приносить  прибыль и окупить инвестиции за счет выведения на орбиту спутников на  коммерческой основе. Проведенная в 1970 г. экономическая оценка показала, что  при выполнении ряда условий (не менее 30 полетов шаттлов в год, низкий уровень  эксплуатационных расходов и полный отказ от одноразовых носителей) окупаемость в  принципе достижима.

Жирным шрифтом я выделил отправную точку для моих дальнейших поисков. Оказывается, имели место какие-то изыскания коммиссии под председательством вице-президента США Спиро Агню. И ещё, была какая-то программа полета на Марс! Оказывается, спейс-шаттлы были частью этой программы, а значит, можно найти какие-то исторические документы, узнать об этой программе в подробностях. Это тем более актуально сегодня, когда все мы говорим о, надеюсь, близких перспективах первых полетов людей к Марсу и возможной его колонизации.

С другой стороны, в русскоязычных источниках появились и начали широко распостраняться легенды про советскую программу полета на Марс с использованием проектировавшегоя Тяжелого Межпланетного Корабля (ТМК), предварительное проектирование которого действительно имело место. Для примера:

 

И в самом деле, из многих источников известно, что советские академики, осознав проигрыш в лунной гонке задолго до высадки Армстрога и Олдрина, НАСТАИВАЛИ перед ЦК и ВПК на переориентировке лунной программы на новую цель - Марс. Это давало бы, по их мнению, запас по времени за счет имеющегося уже технического задела и более отдаленной во времени цели. Но советские академики не знали того, что уже знали в советском руководстве: американцы уже создают технологический задел для пилотируемого полета на Марс и вышли уже на этап испытаний ключевых компонентов - двигателей для новых сверхмощных ракет невиданной грузоподъемности и маршевых двигателей нового типа для путешествия на Марс.

Так в 67-м году на стендовые испытания вышел новый двигатель фирмы Rocketdyne F-1A, имеющий неслыханную тягу около 815 тонн силы на уровне моря (на 18% больше могучего Сатурновского F-1).

Rocketdyne Lox/Kerosene rocket engine. 9189.6 kN. Study 1968. Designed for booster applications. Gas generator, pump-fed. Isp=310s.

Thrust (sl): 8,003.800 kN (1,799,326 lbf). Thrust (sl): 816,178 kgf. Engine: 8,098 kg (17,853 lb). Chamber Pressure: 70.00 bar. Area Ratio: 16. Propellant Formulation: Lox/RP-1. Thrust to Weight Ratio:115.71.

Unfuelled mass: 8,098 kg (17,853 lb).

Height: 5.48 m (17.97 ft).

Diameter: 3.61 m (11.84 ft).

Thrust: 9,189.60 kN (2,065,904 lbf).

Specific impulse: 310 s.

Specific impulse sea level: 270 s.

Burn time: 158 s.

First Launch: 1967.

Encyclopedia Astronautica F-1A

Под этот двигатель Вернер фон Браун с 63-го года начал разработку новой серии носителей, наследников Сатурна, которую назвали NOVA:

  1. Nova MM 1B American heavy-lift orbital launch vehicle. Nova design using existing engines; 14 F-1A in the first stage, 2 M-1 in the second. Operational date would have been December 1972
  2. Nova MM 1C American heavy-lift orbital launch vehicle. Nova design using existing engines; 18 F-1A in the first stage, 3 M-1 in the second. Operational date would have been February 1973
  3. Saturn MLV-V-1 American  orbital launch vehicle. MSFC study, 1965. Improved Saturn V configuration studied under contract NAS8-11359.  Saturn IC stretched 240 inches with 5.6 million pounds propellant and 5 F-1A engines; S-II stretched 41 inches with 1.0 million pounds propellant and 5 J-2 engines; S-IVB strengthened but with standard 230,000 lbs propellant, 1 J-2 engine.

И так далее.

Достаточно сказать, что вариант NOVA MM 1C с 18 двигателями F-1A на первой ступени должен был забрасывать на орбиту целых 455 тонн полезной нагрузки, а двигатель уже готов, прошел стендовые испытания, доказал свои характеристики и надежность, подготовлен к серийному производству и к полетам в 1972-1973 гг. 

Но это только о ракетах, поднимающих грузы с Земли. А что там супостаты мыслят про межпланетный перелет к такой удаленной цели, как орбита Марса?

А супостаты успели сообразить, что на химических ЖРД до Марса живыми экипаж может и не добраться. Год в одну сторону и год в другую сторону пилить в корабле под воздействием довольно интенсивной космической радиации за поясом Ван Аллена - слишком долго и смертельно опасно. Американцы решили спроектировать и создать ядерный ракетный двигатель (ЯРД), который мог бы позволить проделать перелет за 3-4 месяца. В середине 60-х решение было очевидным: атомный реактор просто разогревает и тем разгоняет рабочее тело (водород), который придется тащить с собой.

Надо сказать, что ещё в начале 50-х в США начали разрабатывать проект тепловой ракеты с ядерным реактором Ровер:

Project Rover was an American project to develop a nuclear thermal rocket. The program ran at the Los Alamos Scientific Laboratory from 1955 through 1972 and involved the Atomic Energy Commission, and NASA. The project was managed by the Space Nuclear Propulsion Office.

Nuclear reactors for the Rover program were built at the Lab's Technical Area 18 (TA-18), also known as Pajarito Site. The reactors were tested at very low power and subsequently shipped to Jackass Flats at the Nevada Test Site. Testing of fuel elements and other materials science was done by N-Division in Los Alamos at TA-46 using various ovens and later the Nuclear Furnace. Parallel fuel rod development took place off-site at Rocky Flats.

Project Rover

В рамках этих исследований, НАСА ещё в 1961-м году связалась с Лосс-Аламосской лабораторией и они вместе занялись разработкой двигателя NERVA.

NERVA

В 1966-м начались испытания ЯРД на полигоне в пустыне Невада, где происходили испытания ядерных взрывных устройств. Выбор полигона абсолютно понятен, как и понятно то, что всё на нём происходящее вызывало особое внимание советских спецслужб.

Интересно, что тогда же, в 1966-м году и в СССР начались работы по созданию ЯРД, который к 78-му году наконец прошел часть стендовых испытаний в Семипалатинске. 

Советскому руководству в 1969-м уже было известно (не даром ГРУ ело свой хлеб с маслом), что уже есть готовые проекты определены изготовители ступеней, проведены предконтрактные работы, а ЯРД NERVA II (уменьшенная версия) готовится к установке на 3-й ступени Сатурна-5 для летных испытаний в космосе, вероятно, на трассе Земля-Луна-Земля.

В это же время, в СССР ракета Н-1, с грузоподъемностью на НОО до 90 тонн полезной нагрузки, никак не могла взлететь. 21 февраля и 3 июля 1969 года произошли аварийные запуски Н-1, а в результате июльского - страшным взрывом был полностью уничтожен стартовый стол. Эта ракета и так имела недостаточную грузоподъемность для экспедиции на Луну (не говоря о Марсе), но ещё и летать не хотела.

Как альтернатива для Н-1 рассматривались проекты Челомея УР-700 и УР-900 (УР - не укрепрайон, а Универсальная Ракета). Для УР-700 разрабатывался гептиловый двигатель РД-270 с тягой 640 тс на уровне моря. Двигатель получался несколько слабее сатурновского F-1, но он был однокамерным и в ракету можно было воткнуть несколько таких движков. Для УР-700 на первую ступень планировалось поставить 6 двигателей РД-270. Вторая ступень должна была иметь 3 таких же двигателя. Но эта ракета всё равно не имела достаточной грузоподъемности для Марса - максимально она обещала только 150 тонн нагрузки на НОО, а 3 тысячи тонн черезвычайно токсичного гептила и азотного окислителя, только на первой ступени, очень сильно пугали и военных, и партийных руководителей.

Катастрофа при запуске гептиловой Р-16 24 октября 1960-го года ещё не была забыта, а ведь там, на Р-16 ядовитого топлива было всего пара десятков тонн... Плюс к этому, УР-500, она же Протон, в те времена часто взрывалась или "уходила за бугор". К тому же и Челомей, после переворота и отставки Хрущева, не был в фаворитах у новых властителей...

Вобщем, пугающие предложения Челомея и Глушко по гигантской ракете с тысячами тонн гептила, поддержки не нашли и найти не могли. В канун нового 1971-го года все работы по "самомум мощному однокамерному ЖРД, когда-либо разрабатывавшемуся в СССР" были прекращены одновременно с работами по развитию линейки Челомея УР-500, УР-700 и УР-900. От линейки остался только Протон, который и сейчас, через 50 лет, вызывает очень много вопросов, связанных с авариями.

Такова, в общих чертах, обстановка, видимая из Кремля.

Отдельно надо упамянуть о американских разработках крылатых многоразовых космических аппаратов.

Началось всё это с проекта Boeing X-20 Dyna-Soar ("Dynamic Soarer"), контракт на который Боинг получил ещё в 1957-м году. Предусматривалось создание орбитального ядерного бомбардировщика. Поскольку ВВС всё ещё мыслили категориями стратегической авиации, им мыслилось, что это будет продолжение линии пилотируемых стратегических бомберов, только поднявшихся повыше. Но уже к 1960-му заказчикам стала очевидна бессмысленность орбитального бомбардировщика, которого надо готовить к запуску пару дней, который может летать в космосе всего несколько часов, нести относительно небольшой заряд, который очень трудно потом "положить в яблочко" - в то время, когда бурно развиваются межконтинентальные баллистические ракеты, запускаемые, в случае нужды, почти мгновенно, имеющие довольно высокую точность попадания. Так, в 1961-м на дежурство стали заступать уже первые твердотопливные Минитмены шахтного базирования, а атомные подводные лодки обзавелись ядерными ракетами Поларис и начали их запускать из подводного положения. На этом фоне идея орбитального бомбардировщика тихо скончалась и Dyna-Soar переквалифицировали в орбитального разведчика. Впрочем, и эту специальность он не освоил в связи с бурным развитием спутников, включая разведывательные. К слову сказать, именно американские спутники-шпионы, внимательно следившие за Байконуром, обнаружили огромную стартовую площадку с гигантской Н-1, а американские аналитики определили, что это ракета класса Сатурн-5, предназначенная для полета человека на Луну. Это заставило НАСА поторопиться и изменить задание для Аполлон-8: первый же пилотируемый Аполлон, вместо испытаний на орбите Земли, решили срузу отправить на пилотируемый облет Луны. Но сейчас не об этом.

10 декабря 1963-го года программа была окончательно закрыта, поскольку заказчики (US Air Force и стратегическое командование) полностью утратили интерес к многоразовым орбитальным аппаратам. И, хотя были проделаны колоссальные работы, потрачены колоссальные по тем временам средства, наработан огромный практический материал, проект отправили в архив.

В январе 1969-го года состоялась инавгурация Ричарда Никсона, а вице-президентом стал Спиро Агню.

В апреле 1969-го Агню возглавил коммиссию, которая должна была решить, что Соединенные Штаты будут делать в космосе ПОСЛЕ завершения программы Аполлон. Напоминаю, что до запуска Аполлона-11 16 июля было ещё 3 месяца, но Агню уже требовал от НАСА и ученой братии ответа на вопрос "что делать после". И первой же мыслью было, что, вероятно, русские, проиграв Луну, захотят отиграться на Марсе.

Это было на столько очевидно, что другие варианты практически не рассматривались. Американцы, как принято, задумались "а что мы бы сделали, если бы оказались на месте русских?" О том, чтоб просто сдаться, уползти под кусты, поджав хвост, даже и мысли не было. Ответ был однозначным: проиграв гонку к ближней цели, надо выигрывать на более амбициозной дальней цели - это Марс. Тем более это было ясно из того, что "пристрелку" к Марсу СССР начал ещё 1 ноября 1962-го запуском автоматической станции Марс-1, которая, однако, в Марс "не попала".

Соответственно, коммиссия Агню начала разрабатывать детальную марсианскую программу. У НАСА уже был план, который они готовили к осуществлению - упоминавшиеся выше сверхмощные носители NOVA и межпланетный корабль с ЯРД. Но Агню и коммиссию смущал риск запусков таких огромных ракет. Аварии Н-1, имевшей относительно невеликую грузоподъемность 90 тонн на НОО, были американцам известны, а в общих чертах, были известны и их последствия. Запускать в космос сверхгигантские сверхмощные ракеты из Флориды совсем нехотелось. К тому же, там рядом ещё и недружественная Куба... А если взрывом ракеты Гавану смоет в море?

НАСА вместе с коммиссией Агню занялись изучением других подходов к проблеме. И тогда родился другой план, в следующей последовательности:

  1. Создать многоразовые орбитальные челноки "спейс-шаттл"
  2. Создать малую орбитальную станцию на 12 человек экипажа
  3. Создать орбитальные автоматические буксиры (space tag)
  4. Отправить на орбиту Луны орбитальную станцию
  5. C помощью грузопассажирских спейс-шаттлов и буксиров, на базе орбитальной станции, собрать на орбите "атомный шаттл", который сможет курсировать между орбитами Земли, Луны и Марса, перевозить людей и грузы.
  6. С помощью "атомного челнока" перебросить на лунную орбитальную станцию оборудование, материалы и людей для строительства лунной базы. Построить эту базу, отработать технологии строительства баз вне Земли.
  7. Построить на орбите первую орбитальную базу на 50 человек экипажа.
  8. Совершить полет на Марс
  9. Построить вторую, большую, постоянную орбитальную базу на орбите Земли, экипаж 100 человек.

А дальше - возможны варианты. Малую орбитальную базу, к примеру, можно будет со временем перебросить на орбиту Марса или Луны. В плане НЕ предусматривалось использование более тяжелых ракет, чем Сатурн-5. Орбитальные станции и базы предполагалось строить на базе довольно объемных 1-2 ступеней Сатурна-5 (Скайлэб именно так и был сделан).

варианты атомного шаттла

атомный шаттл

Межорбитальные челноки с ЯРД предусматривались в пилотируемом, грузовом и грузопассажирском варианте, а буксиры предполагалось даже возить на этом челноке к месту назначения.

ЯРД не нуждался в перезарядке долгое-долгое время, но вот рабочее тело (жидкий водород) постоянно расходовалось и атомный шаттл нуждался в заправке:

заправка атомного челнока на орбите 

Вот так представлялась НАСА сборка и экипировка атомного шаттла на орбите с помощью спейс-шаттлов и буксиров:

 

сборка атомного шаттла

Смотрится как-то по-детски. Неправда ли? Но это только первая концепция. Потом решили, что буксиры будут собирать очень большие блоки-модули атомного шаттла и орбитальных баз, которые будут выводиться на орбиту Сатурнами, и доставлять их по месту сборки - к орбитальной базе или атомному шаттлу. Спейс шаттлы же, оборудуют роботизированными манипуляторами и они сами будут подходить к объектам, вытаскивать из грузового отсека относительно небольшие компоненты и, с помощью экипажа челнока, проводить монтажные работы. Даже по рисунку видно, что первые эскизы шаттлов имеют обводы, похожие на Dayna-Sour

dayna-sour

В последствие, по мере отработки проекта, спейс-шаттл стал принимать известные нам формы, но заложенные принципы остались теми же:

спейс шаттл

Коммиссия Агню очень детально, трезво, со знанием обстановки и возможностей финансирования проекта, разработала конкретные варианты планов с примерной датировкой их осуществления:

график осуществления программы Агню

SP-4221 The Space Shuttle Decision

К началу 1972-го года всё было отработано в деталях. Но США имеют такое глупое политическое устройство, что президенты не решают таких вопросов. Вопросы космических программ решает Конгресс США, определяя бюджетные затраты в соответствии с обстаятельствами. И если бы только СССР проявил желание перенести космическую гонку на Марс, можно не сомневаться, что Конгресс бы поднял брошенную перчатку, выбрал бы один из планов (по финансированию и срокам осуществления). Можно не сомневаться, что не позднее 1990-го года американская экспедиция высадилась бы на Марсе. А может и того раньше, опять же, в зависимости от действий СССР. Фон Браун был готов отправить экспедицию не позднее 1975-го года.

7 декабря 1972-го года стартовала последняя экспедиция к Луне - Аполлон-17. Уже было известно, что это последний полет по лунной программе. СССР заявил, что "и не собирался отправлять людей на Луну", а марсианская перчатка так и не была брошена. Советский Союз заявил, что будет сидеть на орбите Земли в орбитальных станциях ДОС, которые были созданы для военных нужд, но их немедленно объявили "гражданскими". Станции эти, как и последовавшие Мир и МКС оказались бессмысленными. Хотя на них и отрабатывали вразвалочку какие-то технологии, проводили какие-то научные эксперименты, перевели освоение космоса в фазу долготянущейся занудности, пожирающей огромные деньги без ощутимой отдачи.

Не получив ожидавшегося марсианского вызова от СССР, Конгресс благополучно зарезал все планы коммиссии Агню и НАСА. Единственно, они позволили, это сделать Скайлэб и оставили спейс-шаттлы - чтобы не уйти из космоса вообще. Шаттлы аргументировались снижением затрат (и это реально оказалось правдой: за 420 миллионов в ценах 2010-го года один полет шаттла - это одновременно до 25 тонн груза и 7 человек астронавтов, доставленные по адресу на орбите. Сегодня, без шаттла, на российских ракетах, российскими космическими кораблями такой объем можно перебросить примерно за год и примерно за 1,4-1,5 миллиарда). Но даже и на спейс-шаттлы финансирование было урезано ниже самого скромного, предусмотренного планами коммиссии Агню. В результате, шаттлы опоздали подхватить и поднять сползающий с орбиты Скайлэб, который по глупости и нерадивости Конгресса пришлось похоронить в 1978-м году.

PS

В СССР конструкторы очень хотели сделать свои шаттлы, но решения принимали на Сатрой Площади и в кабинетах Кремля. Непосредственно космическими делами занималась Военно-Промышленная Коммиссия (ВПК) под руководством лично министра обороны. Ясное дело, что МО и ВПК гражданский космос был, что называется, до задницы, а проигрыш в лунной гонке и отказ от марсианской, лишил ЦК аргументов политического престижа.

В НПО Энергия, после смерти Королева и отставки ученика и вечной "тени" СП - Мишина, воцарился такой же извечный враг, ненавистники и завистник СП, настучавший на Королёва в 37-м, академик Глушко. Глушко был по специализации двигателистом. У него был проект "царь-двигателя" РД-170, но пристроить его было некуда.

И тогда на прием к Д.Ф.Устинову пошел один из конструкторов НПО Энергия с предложением строить челноки. Для убедительности, Устинову доложили, что спейс-шаттл - это космический бомбардировщик, который легко может нанести первый ядерный удар по ключевым объектам на территории СССР непосредственно из космоса, вне досягаемости советских средств ПВО. Устинов пошел пугать ЦК, все дружно перепугались и с того перепуга повелели срочно скопировать спейс-шаттл 1:1. Но скопировать, хоть и старались изо всех сил, не получилось - технологическое отставание не позволяло. Поэтому, вместо 3 двигателей в орбитер надо было пихать целых 4, которые, естественно, в нем не помещались. Поэтому двигатели перенесли с челнока на бак, превратив бак во вторую ступень ракеты Энергия, что резко снизило весовую отдачу. Вместо 2 твердотопливных ускорителей с тягой по 1250 тонн - пришлось ставить 4 жидкостных по 740 тс тяги, зато с теми самыми "царь-двигателями" Глушко. В результате вышло ни то, ни сё. Американцы экономили затраты, сохраняя все 5 двигателей системы, а у СССР все двигатели гибли в полете, цена полетов Энергии ушла запредельно, повторное использование челнока теряло смысл и программу закрыли.