Космическата совалка от 1969 до 2011

Космическата совалка „Колумбия“ полита на 12 април 1981 година  – това е първият полет в програмата на космическата совалка. Credit : NASA

 1969 и 1970 година – вземане на политическото решение за построяването на космическа совалка

На снимката – астронавти от мисията „Аполо 12“ посещават безпилотната лунна сонда „Сървеър 3“, която е кацнала преди тях по-рано. Photo credit : NASA

На 20 юли 1969 година НАСА преживява най-славния си момент, когато Нийл Армстронг и Бъз Олдрин от мисията на „Аполо 11“ кацат на повърхността на Луната, а на 21-ви юли Нийл Армстронг произнася знаменитата си фраза – „Една малка стъпка за човек, един огромен скок за човечеството“…

…но на Земята пред бъдещето на агенцията стои една голяма въпросителна. Тогавашният администратор на НАСА – Томас Пейн започва агресивна кампания за постигането на следващата голяма стъпка на човек – която трябва да бъде направена на Марс. Пилотираната експедиция до Марс трябва да се осъществи с помощта на ядрени ракетни двигатели, които са в процес на разработка. Планът на Пейн е да започне поетапно усвояване на космическото пространство към Марс, като по пътя към Червената планета трябва да се построят космически бази и станции. И след като те бъдат построени, трябва да бъде разработена космическа совалка за евтин достъп до космическите станции.

 Но съвсем скоро след като Нийл Армстронг стъпва на Луната, Томас Пейн получава студен финансов душ от Робърт Майо, бюджетен ръководител на тогавашния президент Ричард Никсън. Робърт Майо орязва бюджета по начин, който прави пилотираната мисия до Марс финансово неприложима. Томас Пейн обаче продължава да счита, че финансовата ситуация благоприятства създаването на орбитална станция и космическа совалка. Совалката привлича интереса на Военновъздушните сили на САЩ, които виждат в нея начин да извеждат военните спътници.

Конгресът, обаче, не харесва предложението за построяването на станция и на совалка, и поради това и двете камари – Сенатът и Камарата на представителите предприемат стъпки за спирането на проекта през 1970-та година.

Тогава НАСА отговаря по следния начин – космическата станция остава на заден план, а совалката на преден. Тук е моментът, когато Военновъздушните сили се включват. През 60-те години се появяват много планове за военни космически кораби и станции, като „Дайна Соар“ и „Пилотирана Космическа Станция“, но тези проекти пропадат. Изведнъж в началото на 70-те години НАСА предлага космическа совалка и обещава тя да е съобразена с нуждите на Военновъздушните сили. Наистина, Военновъздушните сили ще получат совалката на сребърен поднос, а НАСА ще ръководи финансирането и конструкцията. Това е била хитра мярка на НАСА, за да спаси разпадащата се космическа програма след гигантския успех с „Аполо“ и стъпването на Луната.  Но мярката дава успех – Военновъздушните сили дават политическа подкрепа.

С тази подкрепа НАСА обаче все още не може да спечели Офиса за Мениджмънт и Бюджет (ОМБ).  ОМБ е наследник на Бюрото на бюджета и е създаден през 1970-та година от администрацията на Никсън. За съжаление именно ОМБ оказва огромно влияние върху развитието по-нататък. Мисията на ОМБ е да подсигури, че совалката е икономически изгодна. За съжаление критиците на ОМБ считат, че совалката ще е твърде скъпа и настояват тя да бъде създадена за по-малко пари, отколкото НАСА иска. Така совалката ще е по-малка и с по-малко възможности, отколкото Военновъздушните сили искат, освен това решението принуждава НАСА да се откаже от разработката на космическа совалка с две течногоривни степени.

Всички недостатъци, които совалката притежава, са плод на ето тези политически решения.

1970, 1971 и 1972 година – избиране на окончателен дизайн

Това е предложението за построяване на совалка от Норт Американ Рокуел – която включва два ракетни самолета – един носител, и един орбитър, който остава в космоса… Тази концепция предлага пълна възвращаемост и повторна използваемост на компонентите. Photo credit : NASA

През май 1971 година ОМБ предлага да се ограничи бюджета на НАСА до пик от $3.2 милиарда долара харч за следващите пет години. За съжаление това решение ограничава НАСА и остават достатъчно пари само да се построи орбитър-а, но не и ускорителна система. Възможно ли е НАСА да намери път за построяване и на двете?

Още през 1969 година компания Локхийд Мартин, по време на проучванията от Фаза А, предлага двустепенна совалка, напълно възвращаема, като двете степени са построени от алуминий, а за предпазване от високите температури при обратното навлизане се използват силициеви плочки. Тази нова концепция се харесва първоначално на Военовъздушните сили.

 По това време специалистите от НАСА извършват проучвания относно структурния материал. Основен е въпросът – дали да се използва алуминий, или титан? Алуминиевата рамка е обещаваща – алуминият е по-лек от титана, изработката ще струва по-евтино. Титанът, обаче, може да издържа температури от 343 градуса по Целзий, без да настъпят критични структурни промени, докато алуминият издържа само до около 148 Целзиеви градуса. С това един космически апарат, построен от титан, би изисквал по-лека защитна покривка от високи температури. Съответно теглото на тази покривка би било 50% по-малко от това, което би било нужно за покривката на един алуминиев космически апарат. Така че независимо от по-ниската цена на алуминия, титановите свойства се предпочитат по време на работата по дизайна през периода 1970-1971 година.

 По време на Фаза Б протича основната работа по избор на дизайн. На графиката по-горе съм представил примерна концепция за напълно възвращаема космическа совалка, състояща се от два ракетни самолета. Такива концепции изискват горивни резервоари, които се намират вътре, в самите самолети. Горивните резервоари са предвидени да бъдат създадени от алуминий. Те ще изискват по-специална защитна покривка от високи температури. Освен това, екипажният отсек също трябва да е изработен от алуминий. Но за изработването на структурните рамки на крилата и фюзелажа се предвижда използването на титан, поради това, че трябва да поемат големи температурни натоварвания.

 Концепциите, за които говорим по-горе, и които са представени на по-горната илюстрация, са концепции, които е невъзможно да бъдат построени при това финансиране. Затова, в паралел с тези усилия от Фаза Б, две от аерокосмическите компании – Локхийд и Груман провеждат проучвания на алтернативни варианти.

 Става въпрос за алтернативи, при които горивните резервоари се намират външно и по този начин самият орбитър (самолетът, който достига до орбита) остава със сравнително малък размер. Външните резервоари представляват прости алуминиеви обвивки, а орбитърът, който трябва да се завърне обратно на земята и да се използва отново, вече разполага по-малка повърхност, която трябва да се защитава от високите температури.

 При тази конфигурация обаче совалката вече не е напълно възвращаема, а горивният резервоар се изхвърля. Подобна концепция се харесва на ОМБ, защото на практика с нея намалява цената на разработка на космическата совалка, но паралелно с това скачат цените при изстрелване. Тука са различията при концепциите, които се предлагат от компаниите Локхийд и Груман. Локхийд предлагат нещо като концепцията „Стар Клипър“ през 1965 година, който не се харесва на НАСА, но агенцията независимо от това подкрепя Локхийд, защото ОМБ търси евтини алтернативи. За разлика от Локхийд, Груман не се осланя на някакви предубеждения и първични концепции като този на „Стар Клипър“.

 Още към средата на 1970 година Груман предлага 29 конфигурации, които се вписват в три категории: пълна възвращаемост, възвращаемост на орбитър, който се изстрелва от невъзвращаема ракета, и възвращаемост на орбитър с външен горивен резервоар. Мениджърът на Груман – Лоурънс Мийд казва, че първата категория е най-удачна, но нали казахме, че ОМБ се мъчи да ореже средствата за разработката и се търсят начини да се пестят средства. Така другите две опции остават приоритетни. През март 1971 година НАСА инструктира и другите аерокосмически компании-  МакДонъл Дъглас и Норт Американ Рокуел да разработят планове за конфигурации с външен горивен резервоар.

 Ето ние в този анализ виждаме как НАСА се принуждава да изостави оригиналните си концепции за пълна възвращаемост и нарежда на аерокосмическите компании, с които по-късно ще сключва договори, да работят по конфигурации с частична възвращаемост… при които автоматично се вдига цената на изстрелването!

 В края на краищата към края на 1971 година се получава дизайн, който няма нищо общо с първоначалния замисъл за космическата совалка.

 На 5 януари 1972 година президентът на САЩ Ричард Никсън прави изявление, че НАСА ще продължи работата по космическата совалка. Окончателното решение обаче не идва до 15 март 1972 година, когато вече е решено, че освен външен горивен резервоар, който ще захранва основните двигатели на совалката, ще има и два твърдогоривни ускорителя. Изборът на тези твърдогоривни ускорители идва след осъзнаването, че трябва да има допълнителни компромиси във връзка с ограничените финансови изисквания, поставени от ОМБ. Основната компания, ангажирана в изработката на совалката, е Норт Американ.  За твърдогоривните ускорители отговаря Мортон Тиокол, а за външния резервоар – Локхийд Мартин. За допълнително пестене на средства отделните компоненти се изготвят в различен период от време.

1974-1977 година – епохата на тестовата совалка „Ентърпрайз“

 Космическата совалка „Ентърпрайз“ в конфигурация, готова за старт. Photo credit : USAF

Все още твърде много хора считат, че първата космическа совалка, построена от НАСА, е „Колумбия“. „Колумбия“ наистина е първата совалка, която полита в космоса. Но преди „Колумбия“ е била построена още една совалка – „Ентърпрайз“. Макар че „Ентърпрайз“ никога не полита в космоса, тя служи за провеждането на много тестове. „Ентърпрайз“ е летяла само в земната атмосфера, за да се потвърди способността й да се приземява самостоятелно.

 Всъщност името „Ентърпрайз“ идва не от някъде другаде, а от популярната научно-фантастична поредица „Стар Трек“. Наименованието й е дадено в момент, когато публиката все още вярва, че совалката наистина ще доведе до евтин достъп в космоса.

Първоначално „Ентърпрайз“ е планирана да лети и в космоса, но до разработването на совалката „Колумбия“ настъпват много критични промени в дизайна, специално по отношение на теглото на фюзелажа и крилата. Оборудването на „Ентърпрайз“ за орбитален полет би означавало пълно разглобяване на совалката и разпращането на отделните компоненти до отговорните фирми. Затова НАСА преценява, че „Ентърпрайз“ е най-добре да си остане само за тестове, а останалите совалки да бъдат разработени отначало.

 На 17 септември 1976 година „Ентърпрайз“ е изведена на стартовата площадка на Рокуел в Палмдейл, Калифорния, за да бъде представена пред хората. По време на специалната церемония e поканен и създателят на Стар Трек, Джийн Родънбери. На 31 януари 1977 година „Ентърпрайз“ заминава към база Едуардс на Военно-въздушните сили. Там, през същата тази година, „Ентърпрайз“ прави няколко тестови атмосферни полета, които имат голямо значение за по-нататъшното развитие на програмата.

 12 април 1981 година – космическата совалка „Колумбия“ полита за пръв път!!!

Космическата совалка „Колумбия“ полита на 12 април 1981 година  – това е първият полет в програмата на космическата совалка. Credit : NASA

Историческият момент, когато първата совалка полита в космоса, настъпва на 12 април 1981 година – точно 20 години след полета на Юрий Гагарин!

Тогава „Колумбия“ е изстреляна с двама астронавти на борда – Джон Йънг и Робърт Крипен. Това е първият пилотиран полет на американски космически кораб след последния полет на кораб „Аполо“ през 1975 година, когато е тестовият проект „Аполо-Союз“.

Интересен факт около първия полет на „Колумбия“ – това е първият в историята на американската космонавтика орбитален полет на космически кораб, който лети с хора на борда, без преди това да е проведен успешен тестов безпилотен космически полет! До този момент всички космически кораби на НАСА, преди да бъдат пуснати да летят с човек на борда, са имали тестови полети в космоса в безпилотен режим – и това е вярно както за „Мъркюри“, така и за „Джемини“ и за „Аполо“… Но „Колумбия“ излита без да е направила преди това дори едно успешно излитане и завръщане от орбита в безпилотен режим. Да, имало е преди това тестови полети на „Ентърпрайз“, но всички те са били атмосферни, а не космически.

Този смел ход на НАСА да изстреля „Колумбия“ с хора на борда още от първия път показва силната вяра на космическата агенция, че тя може всичко, че е имунна от всякакви критични провали. Успехът на програма „Аполо“ с изпращането на хора на Луната е толкова голям, че в един момент инженерите и учените на НАСА наистина започват да придобиват самочувствие, че могат всичко.

В крайна сметка „Колумбия“ наистина проявява проблеми при първия полет, които не се оказват фатални за астронавтите Йънг и Крипен. Около 16 от покривните плочки на „Колумбия“ са изгубени, а още 148 са увредени.

12 ноември 1981 година – повторно излитане на совалката „Колумбия“ – това е първото повторно завръщане на пилотиран кораб в космоса!

„Колумбия“ се завръща в космоса. Photo credit : NASA

На 12 ноември 1981 година космическата совалка „Колумбия“ се завръща в космоса. За пръв път в историята на човечеството пилотиран космически кораб лети повторно в космоса!

Това е и последният полет, при който горивният резервоар е боядисан в бяло. Всички мисии след тази летят с небоядисан горивен резервоар – това е големият червен продълговат компонент на совалката, който сте наблюдавали при всяко изстрелване. Оказва се, че с пестенето на боя се освобождаваме и от голямо количество излишна маса – над 200 килограма, които биха могли да се използват за преноса на полезен товар.

1983-1998 година. Когато няма космическа станция, има … „Спейслаб“!

 На илюстрацията: космически модул „Спейслаб“ в товарния отсек на совалката. Image credit : NASA

През 80-те години на 20-ти век се случва интересен поврат. САЩ остават без космическа станция. Космическата станция „Скайлаб“ на НАСА, която e построена от отломките на лунната програма „Аполо“, e отдавна изведена от орбита – още през 1979 година…

В същото време СССР построяват няколко станции от серията „Салют“, а през 1986 година вече имат и „Мир“. С това руснаците вече започват да придобиват съществен опит при дългосрочни мисии. А през 80-те години политиците на САЩ така и не успяват да се организират да одобрят строежа на орбитална космическа станция.

А когато няма космическа станция, има… „Спейслаб“.

„Спейслаб“ е специален космически модул, който наподобява модулите на космическа станция, но лети прикачен за космическата совалка и никога не се отделя от нея. Използва се в периода от 1983 до 1998 година. В отсъствието на станция, астронавтите на НАСА трупат опит в „Спейслаб“ и провеждат там различни биологични експерименти. Самият „Спейслаб“ се създава съвместно от НАСА и Европейската космическа агенция и служи за космически експерименти именно на САЩ и на Западна Европа, докато в същото време страните от Източна Европа, СССР работят на орбитална станция „Мир“.

„Спейслаб“ се състои от лаборатория, където астронавтът може да работи в нормално облекло (не в космически костюм), секции за излагане на експерименти в открития космос, както и тунел за преминаването на астронавти от екипажния отсек на совалката към модула.

Единственият огромен недостатък на този начин на работа е, че космическата совалка не се захранва от слънчеви батерии, а от горивни клетки, които използват водород и кислород. Горивото стига за около две седмици, след което совалката трябва да се прибере обратно на Земята, иначе ще остане без електрическо захранване. Така НАСА в продължение на повече от десетилетие е ограничена и не може да извършва истински дългосрочни мисии в космоса. Нещо, което Русия придобива и без космически совалки.

1985 година – златната година за космическите совалки. Извършен е рекорден брой от 9 полета в рамките на тази година…

Космическата совалка „Челинджър“ по време на мисията си през август 1985 година. На снимката – експерименти от мисията на „Спейслаб“. Photo credit : NASA

1985 година е годината, през която може би НАСА се е чувствала най-близко до отварянето на космическото пространство за всеки един човек. През същата тази година са извършени общо девет полета! Това е рекорд, който никога по-късно не е повторен.

28 януари 1986 година – мечтите за отварянето на космическото пространство за всеки един човек умират… Совалката „Челинджър“ се разпада при излитането. Седем астронавти загиват, а сред тях е и първият цивилен пътник!

Тази иконична снимка показва катастрофата на совалката „Челинджър“. Photo credit : NASA

През 1984 година президентът на САЩ Роналд Рейгън предприема стъпки да отвори космическото пространство не само за астронавти, които са правителствени служители, но и за обикновени хора. Под негово попечителство започва програмата „Учител в космоса“. Повече от 11 000 учители кандидатстват за полет в космоса. През 1985 година (златната година) НАСА избира Криста Маккалъф да бъде първият гражданин, първият обикновен човек, първият цивилен в космоса.

 С катастрофата на „Челинджър“ през 1986 година първият цивилен, който бива изстрелян, умира…

Умират и надеждите, че космическата совалка всъщност ще отвори космическото пространство за всеки един човек. След катастрофата Роналд Рейгън произнася следната реч: „Ще има още совалкови полети, с повече екипажи, повече доброволци, повече граждани, повече учители в космоса. Нищо не свършва…“ За съжаление обаче всичко свършва и НАСА никога повече не допуска обикновен цивилен да лети на совалката, по съображения за сигурност. Програмата „Учител в космоса“ е заменена от програмата „Астронавт – преподавател“. Вместо НАСА да приеме учители, всеки учител, който кандидатства за астронавт, е длъжен да напусне училището си и да подпише договор с НАСА.

Барбара Морган, която е резерва за учителката Криста МакКалъф и това я спасява от трагична съдба (т.е. тя само стои на стартовата площадка и е свидетел на цялата трагедия), все пак решава да напусне училище и се присъединява към астронавтския корпус. Тя полита в космоса през 2007 година като част от програмата „Астронавт-преподавател“. Командирът на мисията на совалката „Индевър“ тогава каза: „Аз нямам учител като член на екипажа си. Аз имам член от екипажа си, който някога е работил като учител“.

 А космическата совалка никога повече не изстрелва обикновени хора в космоса…

 Първите космически туристи, по ирония на съдбата, политат на руски кораби „Союз“.

1989 година – изстрелването на първата междупланетна сонда от борда на совалка

Космическата сонда „Магелан“ напуска товарния отсек на совалката „Атлантис“ през май 1989 година. Photo credit : NASA

След близо тригодишно спиране на полетите след катастрофата на „Челинджър“, совалки отново отлитат в космоса. Само че този път обществото започва да губи интерес, тъй като совалката няма да революционизира космоса и няма да го отвори за всеки човек. На всичкото отгоре хора вече не летят отвъд околоземна орбита, не стъпват на Луната.

През 1989 година НАСА започва да изстрелва междупланетни сонди от борда на космическа совалка. Може би това се е правило с цел да се покаже на хората, че астронавтите все още участват по някакъв начин в междупланетни мисии, макар и маргинален. Космическите совалки изстрелват междупланетната сонда „Магелан“ до Венера и междупланетната сонда „Галилео“ до Юпитер.  Совалките изстрелват и телескопите „Хъбъл“ и „Чандра“. Мисиите до „Хъбъл“ и героичните поправки успяват да приковат вниманието на хората към космоса, но само донякъде.

Що се касае до междупланетните мисии  в крайна сметка се оказа, че е безсмислено да се изстрелват със совалки. „Галилео“ наистина полетя до Юпитер от борда на совалка, но сондата-близнак на „Галилео“ – „Касини“ полетя до Сатурн чрез най-обикновена ракета. А и астронавтите, освен че бяха само бегло споменати, не обраха лаврите от големите открития на „Галилео“ и „Магелан“. Обраха ги междупланетните сонди и учените, работещи зад тях.

1994-1998 година – програмата „Шатъл-Мир“

Скачване на космическата совалка „Атлантис“ с руската станция „Мир“ през 1995 година. Photo credit : NASA

През 1993 година американският президент Джордж Буш (старши) и руският президент Борис Елцин подписват споразумение за строеж на нова орбитална станция, която днес знаем като „Международната космическа станция“. Преди това обаче като част от предварителните тестове совалките летят до орбитална станция „Мир“.

Програмата, напук на критиците, които се опасяват за надеждността на руската техника, приключва успешно.

1998 – 2011 година – строеж на „Международната космическа станция“. Катастрофа на совалката „Колумбия“ и край на програмата

Скачената совалка „Индевър“ с „Международната космическа станция“ през 2011 година. Photo credit : NASA/ESA/Paolo Nespoli

През 1998 година започва конструкцията на „Международната космическа станция“, след дълги закъснения и отлагания. В началото на 21-ви век хората започват да изказват опасения за сигурността на застаряващите совалки. Настъпват и опасения, че НАСА е твърде зависима от космическите си совалки и че в продължение на 30 години (както знаем, совалката е построена през 70-те години) НАСА не е успяла да построи нито един нов космически кораб.

 Докъм 2002 година нямаше никакви планове НАСА да се отказва от космическите си совалки. Планираше се те да се използват поне до 2015-2020 година, а защо не и до 2025 година. Всъщност, може дори да се каже, че НАСА нямаше никакви сериозни планове за Луната, астероид и Марс през въпросната 2002 година…

 Беше прието, че совалката ще си се използва още поне едно-две десетилетия, през които „Международната космическа станция“ ще е във фокус на програмата.

 Всичко се промени през 2003 година, когато совалката „Колумбия“ се разпадна и седем астронавти загинаха.

Разпадането на „Колумбия“ на 1 февруари 2003 година. Photo credit : NASA

С това смъртната присъда на совалките беше окончателно подписана.  Катастрофата на „Колумбия“ доведе до широк дебат в обществото относно смисъла на пилотираната програма. Хората забелязаха, че полетите на совалката се споменават в новините много рядко и заемат предна страница на всички вестници само когато има авария. Космическите ентусиасти осъзнаха, че ако трябва да провеждаме пилотирана програма, тя трябва да е смислена, да е интересна за хората, да е същевременно ценна за науката.

 Така първо се роди идеята за изпращане на човек на Луната до 2020 година, но тази идея не успя да грабне сърцата на хората („На Луната? Защо пак там, ние сме били вече там…“). Тя беше подменена от идеята за изпращането на човек на астероид до 2025 и използването на обикновени ракети и капсули, разработени от частни компании, за изпращането на хора до околоземна орбита. Появи се явлението „космически туризъм“. Заговори се отново за отварянето на космоса за всеки един човек, макар че вече на съвсем друго ниво.

 А полетите на совалката завършиха с изстрелването на 8-ми юли 2011 година, когато „Атлантис“ се отправи за последен път в космоса:

Последният старт на космическа совалка, осъществен на 8-ми юли 2011 година. Photo credit : NASA TV

С това си отива една програма, родена в епохата на колосални политически търкания, със съмнителна цялостна стойност. Пенсионирането на космическите совалки е крайно наложително, защото програмата води началото си от края на 60-те и началото на 70-те години. По всички стандарти, след 40 години научно-технологичен прогрес, космическата совалка е безнадеждно остаряла. Време е да отстъпи мястото си на новите ракети и космически кораби, които ще бъдат разработени съвсем скоро.

Автор: Светослав Александров
Източник: www.cosmos.1.bg