Путешествие в космос - Авиационно-космические системы США

Спейс Шаттл. Модернизация МТКС

Несмотря на то что мероприятия по модернизации системы «Спейс Шаттл» велись постоянно, наиболее существенным доработкам МТКС подверглась после взрыва «Челленджера». В ходе их выполнения была усовершенствована конструкция ТТУ, особенно узлов крепления сборок и сопловой части. Свыше 200 изменений было внесено в конструкцию орбитальных ступеней, около 100 — в программные средства, маршевые двигатели SSME были улучшены по 35 позициям. Итогом проведенных в 1986—1988 гг. мероприятий стало снижение вероятности гибели экипажа МТКС до 0,0025, то есть в одном из 400 полетов.

Однако последняя катастрофа опровергла все расчеты. При состоявшемся 16 января 2003 г. 113-м запуске МТКС отвалившийся от подвесного топливного отсека 800-граммовый кусок теплоизоляции решил судьбу «Колумбии», ее экипажа и всей программы в целом — при возвращении на Землю через образовавшийся в передней кромке левого крыла пробой проникла высокотемпературная плазма, которая разрушила силовую конструкцию корабля.

До произошедшей катастрофы NASA готовило план мероприятий по продлению эксплуатации МТКС «Спейс Шаттл», как минимум, до 2020 г. После гибели «Колумбии» этот срок бнл сокращен до 2015 г. В январе 2004 г. агентство получило директиву прекратить полеты системы сразу же после окончания сборки Международной космической станции в 2010 г.

Специально образованная комиссия занималась расследованием причин аварии в течение семи месяцев. В подготовленном ею отчете наряду с рекомендациями технического характера указывалась необходимость кардинальной реорганизации структур, отвечающих за безопасность пилотируемых полетов. По мнению членов комиссии, бюрократическая инертность и отсутствие взаимодействия между службами обеспечения запусков МТКС привели к тому, что за более чем двухнедельное пребывание ступени на орбите не было предпринято ни одного действия по выяснению степени ее повреждения (удар осколка теплоизоляции по кромке крыла был зафиксирован видеокамерой, и этот факт стал известен специалистам наземных служб уже на следующий день после старта). Более того, небольшие повреждения ОС и стартовых ускорителей отколовшимися фрагментами теплоизоляции топливного бака замечались и раньше. Но никаких практических работ по устранению этих аномалий также не проводилось.

Таким образом, руководство программы «Спейс Шаттл» отчасти повторило ошибки, приведшие к взрыву «Челлендже-ра». И в том и в другом случае помимо технических недостатков отдельных элементов МТКС решающее значение при принятии решений имели стоимостные и временные факторы, а также политические соображения (тогда требовалось повысить оборачиваемость системы и снизить эксплуатационные расходы, сейчас приостановка полетов повлекла бы задержки с развертыванием Международной космической станции).

Среди основных рекомендаций комиссии по доработке конструкции МТКС, которые должно выполнить NASA перед возобновлением ее полетов в 2005 г., были названы следующие:

— устранить причины срыва теплоизоляции с ПТО;

— повысить стойкость теплозащиты к ударным воздействиям, которые могут быть вызваны фрагментами собственной конструкции, орбитальными осколками других аппаратов, а также микрометеоритными частицами;

— расширить возможности контроля за состоянием МТКС на всех этапах полета. Для этого NASA предполагает примерно вдвое увеличить количество наземных и воздушных средств слежения за системой, включая использование разведывательных спутников для оценки состояния теплозащитных покрытий ступени после выхода на орбиту. Кроме того, теперь манипулятор корабля будет оснащаться специальным насадком с телекамерой, которая позволит экипажу самостоятельно проводить осмотр теплозащиты;

— осуществлять запуски МТКС только в светлое время суток;

— разработать для экипажа средства ремонта теплозащитных покрытий на орбите;

— продолжать модернизацию бортового оборудования МТКС для повышения надежности и безопасности.

К наиболее приоритетным проектам последней рекомендации относятся:

— улучшение системы диагностики состояния маршевых ЖРД орбитальной ступени. (Сначала двигатели SSME будут оснащаться устройствами контроля за уровнем вибраций высоконапорных ТНА; затем оптическими датчиками анализа отбрасываемого пламени и программными средствами, способными обрабатывать подобную информацию, прогнозировать дальнейшее развитие событий и выдавать команды либо на полный останов двигателя, либо на переключение его в безопасный режим работы, например путем дросселирования тяги. Ориентировочная стоимость этого проекта — 108 млн долл.);

-г модернизация электронного оборудования орбитальных ступеней с целью облегчения работы экипажа. (Первым этапом этих мероприятий, общая стоимость которых может достичь 380 млн долл., стала замена на двух ОС («Атлантисе» и «Колумбии») приборных панелей командира корабля и пилота. Теперь вместо четырех электронно-лучевых мониторов и 32 механических индикаторов для отображения информации используются 11 цветных жидкокристаллических дисплеев, объединенных в единый комплекс MEDS (Multifunction Electronic Display System, — см. вкл. 27). В дальнейшем предполагается доработать систему предупреждения и сигнализации экипажа, что позволит астронавтам сосредоточиться на решении целевых задач полета.)

В итоге, общие затраты на доработку МТКС до возобновления ее полетов составят около 1,5 млрд долл., а к завершению ее эксплуатации эта величина может возрасти до 2,2 млрд долл.

В то же время многие специалисты высказывают сомнения в возможности окончания строительства Международной космической станции в 2010 г., поскольку для решения этой задачи потребуется 25—35 полетов МТКС. Поэтому после возникновения каких-либо проблем и приостановления эксплуатации системы потребуется увеличить интенсивность запусков, а это связано с большим риском.

Для решения последней проблемы предлагается оснастить орбитальные ступени средствами проведения полетов в автоматическом режиме для снабжения МКС. Отсутствие астронавтов на борту существенно смягчит требования по безопасности и упростит предполетную подготовку системы.

Возможность создания полностью автоматизированной системы управления МТКС на всех этапах полета, в том числе и при стыковке с орбитальной станцией, изучалась в рамках комплексной программы по продлению жизненного цикла транспортной системы до 2020 г.

Другим проектом этой программы, результаты которого еще могут найти свое применение, является создание более мощных и надежных стартовых ускорителей.

Еще в середине 1980-х компанией «Thiokob были изготовлены и успешно испытаны экспериментальные ТТУ с гра-фито-эпоксидными корпусами. Работы по этому проекту, предполагавшему увеличение грузоподъемности транспортной системы на 2 т, были прекращены после взрыва «Челленджера».

Затем фирма «Thiokob сосредоточила свои усилия на создании пятисекционного ускорителя RSRB (Reusable Solid Rocket Booster). Расчеты показали, что использование дополнительной секции в сборке позволит увеличить среднюю тягу изделия с 1178 т до 1400 т, а время работы изделия до 128 с. В результате грузоподъемность МТКС возрастет примерно на 10 т.

Вместе с тем будет существенно повышена и надежность системы, так как более мощные ТТУ обеспечат выведение корабля на низкую орбиту при одном отказавшем двигателе SSME, а это позволит затем совершить штатную посадку на территории США. Таким образом, при возникновении аварийной ситуации исключаются рискованные маневры для возвращения ступени на мыс Канаверал или сложная посадка на аэродромы в Испании или Африке.

Первые стендовые испытания полномасштабного образца пятисекционного ТТУ компания «Thiokob успешно провела в октябре 2003 г., то есть уже после гибели «Колумбии». Однако шансы на дальнейшее продолжение работ невелики как вследствие неопределенности с перспективами программы, так и по финансовым соображениям (потребные затраты оцениваются в 1 млрд долл.).

По тем же причинам к разряду футуристических можно отнести и проекты создания жидкостных крылатых ускорителей, способных самостоятельно возвращаться к месту старта— стоимость их разработки к 2010 г. может достичь 4—5 млрд долл.

Итак, эпоха «Шаттлов» заканчивается.

Подводя краткие итоги двадцатидвухлетней эксплуатации системы «Спейс Шаттл» можно отметить следующее. Большинство требований, поставленных перед проектантами, не были выполнены. МТКС получилась с недостаточно высокими энергетическими характеристиками и прискорбно низкими показателями надежности и безопасности.

Исходная экономическая задача программы — резкое сокращение стоимости выведения грузов на околоземные орбиты — осталась попросту нерешенной. Затраты на обслуживание МТКС оказались столь высокими, что запуски большинства автоматических КА выгоднее производить ракетами-носителями.Но программу «Спейс Шаттл» нельзя рассматривать только как какой-то обособленный, пусть чрезвычайно сложный и дорогостоящий, проект. Создание МТКС «Спейс Шаттл» открыло новый путь развития космонавтики (в первую очередь американской), а всякое новое всегда грозит неудачами, потерями и бесценным опытом.

В ходе реализации программы «Спейс Шаттл» удалось получить важные практические результаты для оценки целевой эффективности авиационно-космических систем данного типа. Широкие возможности применения орбитальных ступеней МТКС были продемонстрированы при выполнении непродолжительных исследований научного и прикладного характера. Это было достигнуто за счет повторного использования уникального лабораторного оборудования, а также непосредственного участия в проведении экспериментов спе-циалистов-ученых.

Транспортная система позволяет выполнять на орбите широкий спектр работ, включая ремонт и спасение спутников. Однако по ряду причин, частично связанных с изменением подходов к разработке и эксплуатации космических средств (снижение массы и стоимости спутников, увеличение объемов их производства и т.п.), эти возможности не были реализованы в полной мере и с ожидавшимся экономическим эффектом.

Накопленный в различных полетах опыт по сборке крупногабаритных конструкций нашел свое практическое применение в 1998 г., когда началось строительство Международной космической станции (вкл. 28). Таким образом, на исходе второго десятилетия эксплуатации МТКС «Спейс Шаттл» стала применяться по своему «прямому» (исходному) назначению: для развертывания и снабжения орбитальной станции.

Теперь после многолетнего пребывания в качестве основного элемента национальной космической программы эта транспортная система будет решать в целом вспомогательные задачи. Но несмотря на изменение статуса, МТКС «Спейс Шаттл» сохранит свою значимость и необходимость еще некоторое время. В истории же она останется достойным воплощением целой эпохи и американской, и мировой космонавтики.

<<<Назад Страница 48 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz