Текст уведомления здесь

"Шаттл", который еще подрастет

Европейский беспилотный космоплан совершил первый полет

Европейское космическое агентство, ESA, успешно испытало беспилотный космический аппарат многоразового использования. По сути, речь идет о небольшом "шаттле" длиной пять метров и массой около двух тонн.
Добавить в закладки
Комментарии
Аппарат IXV не предназначен для перевозки ни грузов, ни людей. Его название Intermaediate eXperimental vehicle отражает основную задачу — отработать технологию безопасного возвращения на Землю многоразовых космических кораблей. IXV создан международной группой компаний, основной исполнитель — Thales Alenia Space Italia.

Полет аппарата начался с космодрома Куру во Французской Гвиане и прошел по суборбитальной траектории. В 16.40 стартовала ракета Vega, и после достижения высоты 320 километров от нее отделился IXV. По инерции корабль поднялся до 450 километров, но набранной скорости на полноценный виток вокруг планеты не хватило. Над Тихим океаном IXV вошел в атмосферу, пролетел через ее верхние слои в гиперзвуковом режиме, сбросил скорость и, выпустив парашюты, благополучно приводнился недалеко от поджидавшего исследовательского судна. Подчеркнем, что создатели аппарата заранее планировали именно суборбитальный полет, так как разница между входом в атмосферу на скорости в 7,5 км/с и 7,91 км/с (первая космическая скорость, необходимый минимум для орбитального полета) большой роли не играла, зато вся миссия получалась несколько проще и дешевле.

Вся программа по созданию и испытаниям космического беспилотника оценивается в 150 миллионов евро. За эту сумму европейские исследователи надеются получить информацию о поведении многоразового аппарата при входе в атмосферу и во время гиперзвукового полета, а также отработать технологии для создания уже полноразмерных космических челноков.

Ракета Vega c IXV на стартовой площадке. Корабль прикрыт обтекателями и потому не виден. Фото: ESA


Зачем он нужен?

На сегодня IXV — далеко не первый и даже не самый совершенный многоразовый аппарат. Американские конструкторы еще на рубеже 1970-х и 1980-х годов создали пилотируемый Space Shuttle с семью местами для астронавтов и грузоподъемностью свыше 24 тонн (на низкую околоземную орбиту). В 1988 году совершил первый и последний полет советский "Буран" — до десяти космонавтов и до 30 тонн груза. Оба эти корабля были значительно больше, но это не лишает смысла новый европейский проект. В США с 1990-х годов есть аналогичная программа по созданию малого беспилотного космоплана — X40 и X37, многие характеристики аппарата засекречены из-за его военного назначения.

X-40 в полете. Фото NASA


Программа Space Shuttle была свернута из-за дороговизны пусков в сочетании с высокими рисками: на менее чем полторы сотни запусков пришлось две катастрофы с гибелью всего экипажа. Программу "Буран" закрыли по финансовым причинам: в 1989 году экономика СССР уже испытывала серьезные затруднения, а доставлять космонавтов на "Мир" было намного дешевле традиционными одноразовыми "Союзами". Изначально многоразовые корабли предполагалось применять для ремонта спутников в космосе, но при стоимости одной экспедиции в полмиллиарда долларов США чинить оказалось осмысленным только уникальные аппараты вроде космической обсерватории "Хаббл". А если из строя выходит рядовой спутник, то дешевле запустить еще два-три таких же, чем поднимать "челнок" и вдобавок рисковать жизнями экипажа! Когда строили МКС и надо было привезти туда много тяжелых конструкций (скажем, металлические фермы, несущие солнечные батареи), "шаттлы" себя оправдывали, но после завершения основных монтажных работ большого смысла в них уже не было.

Endeavour пристыкован к МКС. Обратите внимание на сравнительные размеры станции и корабля. Фото NASA/Paolo Nespoli


В то же время потребность в многоразовых и дешевых кораблях по-прежнему осталась. Чтобы сделать такой корабль надежным и не требующим длительного кропотливого ремонта после каждого полета, ученые и конструкторы должны отработать полет на самом сложном участке — в верхних слоях атмосферы, в гиперзвуковом режиме.

Сверх- и гиперзвук

По мере увеличения скорости полета в воздухе растут действующие на аппарат аэродинамические силы. На Земле с этими силами встречались все, кто высовывал руку в окно движущегося автомобиля или поезда (напоминаем, на всякий случай, про столбы и прочие предметы). При полете с типичной для пассажирского самолета скоростью даже выйти с парашютом за борт оказывается затруднительно.

Когда скорость превышает 340 метров в секунду — скорость звука в воздухе, физика взаимодействия с воздухом существенно меняется. Молекулы уже не успевают после столкновения с корпусом аппарата передать импульс соседним частицам: поверхность аппарата движется быстрее и нагоняет те молекулы раньше. Перед движущимся объектом начинает расти давление воздуха, формируется ударная волна. Эти эффекты потребовали от создателей первых сверхзвуковых самолетов особых технических решений. Более заостренные крылья сверхзвуковых истребителей в сравнении с гражданскими дозвуковыми лайнерами — одно из них.

Су-35С на околозвуковой скорости. Видны облака конденсировавшегося пара, эффект Прандтля — Глоерта. Снимок RaySys / Wikimedia


При скоростях еще больших, от пяти скоростей звука и выше, полет называют уже не сверх-, а гиперзвуковым. Воздух вокруг аппарата начинает нагреваться настолько, что его молекулы ионизируются, превращается в плазму с температурой до нескольких тысяч градусов. Моделирование такого потока осложняется необходимостью учитывать сразу несколько разных физических эффектов: от турбулентности (завихрения струй газа) до переноса тепла за счет излучения. Расчеты гиперзвуковых аппаратов проводят с использованием суперкомпьютеров, но даже лучшие программы по моделированию полета на такой скорости не заменяют в полной мере экспериментов.

И советская, и американская программы по созданию больших челноков стали возможны только благодаря ряду опытных образцов и промежуточных проектов. В СССР были БОР-4 и БОР-5 (беспилотный орбитальный ракетоплан) в рамках работ по "Бурану", а также программа по разработке орбитального самолета "Спираль". В США достаточно далеко продвинулся проект ракетоплана X-20, и перед полетом "шаттла" с экипажем в космос ряд испытательных пусков провели с участием корабля Enterprise. Если ESA решит создавать новый многоразовый орбитальный корабль, ей понадобится и опыт, полученный в ходе полета 11 февраля 2015 года.

IXV в Тихом океане, ожидает прибытия специалистов. Фото: ESA

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы