Владимир Молодцов - Пилотируемые космические полеты

В системе электропитания МТКК «Спейс Шаттл» применяются кислородно-водородные топливные элементы разработки компании «Пратт-Уитни», объединенные в три модуля. Каждый модуль имеет максимальную мощность 12 кВт. Общий запас электроэнергии, вырабатываемый системой электропитания, составляет 1530 кВт*часов. Использование кислородно-водородных топливных элементов было опробовано на американских космических кораблях «Джемини» и «Аполлон». В качестве резервного источника электроэнергии служат три серебряно-цинковых аккумуляторных батареи емкостью по 40 Ампер*часов.

Грузовой отсек орбитальной ступени имеет длину 18,3 метра и диаметр 4,6 метра и предназначен для размещения в нем выводимых спутников, орбитальных лабораторий «Спейслэб» и специальной научной аппаратуры, комплектуемой в зависимости от задач полета. На участке выведения и спуска он закрыт двумя створками, которые раскрываются после выхода на орбиту и служат также радиаторами системы терморегулирования. Для извлечения полезных нагрузок из отсека и обратной их укладки в отсек служит дистанционно управляемый из кабины экипажа многозвенный манипулятор SRM длиной 15,3 метра, разработанный специалистами Канады. Кроме того, для выведения спутников служит также поворотный стол в грузовом отсеке. Для обеспечения постоянной связи экипажа с Центром управления полетом через спутник-ретранслятор TDRSS служит антенна, разворачиваемая после открытия створок грузового отсека и убираемая в него перед посадкой.

Масса полезной нагрузки в отсеке, выводимой на орбиту с наклонением 28,5, – 29,5 тонн вместе с манипулятором, а на солнечно-синхронную орбиту – 14,5 тонн, масса возвращаемой полезной нагрузки 14,5 тонн. Сухая масса орбитальной ступени составляет 68 тонн. Максимальная стартовая масса орбитальной ступени составляет 115 тонн, а максимальная посадочная масса – 84,8 тонны.

Аэродинамическая схема орбитальной ступени выбрана с расчетом обеспечения компромисса между большими углами атаки при гиперзвуковой скорости и достаточно высоким аэродинамическим качеством при дозвуковом полете. Крыло с двойной стреловидностью (углы стреловидности 81 и 45 по передней кромке) обеспечивает при гиперзвуковой скорости аэродинамическое качество 1,3 при угле атаки 34, сравнительно низкие тепловые нагрузки и коэффициент подъемной силы 0,8, при дозвуковой скорости – аэродинамическое качество 4,4 при угле атаки 18 и коэффициент подъемной силы 0,9; в крыле размещены главные стойки шасси, в передней части фюзеляжа – носовое шасси.

Корпус орбитальной ступени покрыт плитками теплозащиты из двуокиси кремния, наиболее теплонапряженные места (нос самолета и кромки крыльев), нагревающиеся до 1480, – плитками из конструкционного материала типа “углерод-углерод”. Общая масса теплозащиты 7,1 тонны. В этой системе по-настоящему многоразовым является только космический самолет – его ресурс составляет 100 полетов (ресурс маршевого двигателя – 55 полетов), отработанные твердотопливные ускорители после восстановления могут использоваться до 10 раз, а подвесной топливный бак просто сгорает в атмосфере, а его обломки падают в Индийский океан.

Сборка орбитальной ступени шаттла производится на заводе-изготовителе фирмы «Рокуэлл интернешл» в городе Палмдейл (штат Калифорния). Доставка ее на космодром осуществляется с помощью самолета SCA – модифицированного транспортного самолета «Боинг747», на котором проводились и горизонтальные летные испытания шаттла.

Запуск системы «Спейс Шаттл» производится с космодрома на мысе Канаверал. Для этого были модифицированы монтажно-испытательный корпус или корупус вертикальной сборки и стартовые позиции 39А и 39В, ранее использовавшиеся для запуска «Сатурна5». Посадка орбитальной ступени поначалу производилась на авиабазе Эдвардс, а затем на специально построенную полосу рядом со стартом в штате Флорида. Посадочная полоса на базе Эдвардс теперь используется в качестве резервной. Кроме того, в различных странах оборудованы посадочные полосы для аварийной посадки шаттла. Для полетов шаттла в интересах Министерства обороны на Западном испытательном полигоне (авиабаза Ванденберг) переоборудовался стартовый комплекс SLC6, создававшийся ранее под программу MOL. Однако после гибели «Челленджера» эти работы были свернуты.

Вместе с созданием МТКС «Спейс Шаттл» начали разрабатываться и полезные нагрузки, в том числе спутники связи и неотделяемая лаборатория «Спейслэб». В конструкцию спутников закладывалась возможность их ремонта космонавтами в открытом космосе. Кроме того спутники были снабжены приемными гнездами для захвата их манипулятором. Для перевода спутников связи на стационарную орбиту первоначально планировалось использовать межорбитальный буксир ОТV, создаваемый на базе кислородно-водородной ступени «Центавр», однако затем по соображениям безопасности экипажа и в связи с финансовыми ограничениями в качестве межорбитального буксира стали использоваться твердотопливные разгонные блоки PAMD и IUS.

Первыми на старте включаются кислородно-водородные маршевые двигатели орбитальной ступени SSME. После включения твердотопливных ускорителей начинается подъем. На 123-й секунде полета при достижении скорости 1390 м/с на высоте 50 км отделяются ускорители, которые опускаются на парашюте в Атлантический океан в 250 км от старта, где их и вылавливают. Затем ТТУ буксируют к берегу для проведения восстановительных работ и повторного использования их в составе МТКК.

Через 540 секунд после старта на высоте 116,5 км производится выключение маршевых двигателей и отделение подвесного топливного бака. Полученная переходная орбита имеет перигей, расположенный на высоте всего лишь 24 км. Это сделано, во-первых, для того, чтобы не выводить топливный бак на орбиту, а, во-вторых, в случае аварийной ситуации орбитальная ступень на первом же витке вошла в атмосферу и совершила посадку на запасной аэродром. Штатно же в апогее этой орбиты производится включение двигателей орбитальной маневрирования и космический корабль выходит на круговую рабочую орбиту. После выполнения программы полета производится торможение с помощью тех же двигателей орбитального маневрирования и вход в атмосферу. При полете в атмосфере самолет способен совершать боковые маневры до 2000 км. Посадка на аэродром производится в безмоторном режиме. Посадочная скорость шаттла составляет 335 км/час.

При возникновении аварийной ситуации в процессе выведения системой аварийного спасения должны стать твердотопливные ускорители, а от дополнительных РДТТ решили отказаться. Надежность ТТУ принималась за 100. Однако, полет «Челленджера» показал, что это не так. Для первых четырех полетов в качестве средства аварийного спасения космонавтов до высоты 36 км использовались катапультируемые кресла.