«Ловец снов» в цейтноте: почему так сложно построить космический самолет?
Во второй половине мая мини-шаттл Dream Chaser («Ловец снов», «Охотник за мечтой») был наконец доставлен на космодром во Флориде для подготовки его первого полета к МКС, который запланирован на сентябрь-октябрь. Между тем, эксперты высказывают сомнения в технической готовности этого беспилотного космического аппарата. Фанаты космоса давно ждут начала его применения, но каждый раз при форсировании работ возникает какая-то проблема. Не исключено, что НАСА в конце концов надоест мириться с задержками, и Управление отменит проект, не укладывающийся ни в какие сроки.
Красота требует жертв
Малогабаритный крылатый космический корабль (космоплан) Dream Chaser, с 2004 года разрабатываемый корпорацией Sierra Space, предназначен для перевозки грузов на Международную космическую станцию. В рамках второй фазы программы по коммерческому снабжению МКС (Commercial Resupply Services program) в январе 2016 года НАСА заключило контракты на оказание услуг пополнения запасов с помощью автоматических аппаратов — одноразового корабля Cygnus компании Northrop Grumman, многоразового корабля Dragon Cargo от SpaceX и многоразового мини-шаттла Dream Chaser компании Sierra Space (тогда Sierra Nevada). Потенциальная стоимость контрактов превышала 14 миллиардов долларов. Миссии начались в 2019 году.
По прошествии восьми лет ясно, что с задачей справились лишь две фирмы из трех. SpaceX и Northrop Grumman в рамках этого этапа уже запустили десять и девять «грузовиков» соответственно. А Sierra Space постоянно сталкивается с задержками и еще не совершила ни одного полета.
Основная проблема — уникальная конструкция аппарата: в отличие от традиционных капсул типа Dragon или CST-100, Dream Chaser больше напоминает самолет, разработка которого сложна.
Во-первых, форма, позволяющая входить в атмосферу с малыми перегрузками, планировать и приземляться на обычные ВПП, требует точного расчета и обширных испытаний, в том числе в аэродинамических трубах. Достижение баланса между легкостью запуска и достаточной прочностью для входа в атмосферу — серьезная задача. Для соблюдения этих условий Dream Chaser уже прошел через ад тестов на стендах НАСА, где его трясли, грели и охлаждали, имитируя условия полета от старта до финиша.
Во-вторых, система теплозащиты, имеющая решающее значение для выживания при входе в атмосферу, делается с учетом формы Dream Chaser, и требует дополнительных проверок и итераций, чтобы убедиться, что аппарат выдержит экстремальные условия. Критически важно знать, как поведут себя такие узлы, как механизмы раскрытия консолей крыла, люки выпуска шасси или двигатели реактивной системы управления. Последние, прежде всего, расположенные в передней части и прикрытые пластинами теплозащиты, крайне важны для стыковки Dream Chaser с космической станцией: они не только должны выдерживать самые высокие температуры во время входа в атмосферу, но и безотказно работать. Тесты прошли без проблем, что свидетельствует о соответствии поставленным требованиям.
В-третьих, выбор средства выведения. Изначально Dream Chaser предполагалось запускать на ракете Atlas V компании ULA (United Launch Alliance). Однако Atlas V не слишком рентабелен и не так часто запускается. Кроме того, из-за проблем при подготовке к старту пилотируемого корабля CST-100 Starliner, носитель понес репутационные издержки, косвенно связанные с трудностями самого корабля компании Boeing. Но еще до этого, в августе 2019 года было объявлено, что для выполнения шести полетов Dream Chaser к МКС в рамках упомянутого контракта будет использована ракета-носитель Vulcan.
Ракета для «Ловца снов» - надежда и боль Пентагона
Наблюдатели полагают, что Vulcan не сильно отличается от ракеты Atlas с точки зрения экономики, и неплохо бы проводить запуски мини-шаттла с помощью Falcon 9 или Falcon Heavy компании SpaceX.
Концерн ULA имеет солидный послужной список, но не может конкурировать со SpaceX: запуск Atlas V обходится дороже по сравнению с Falcon 9, которая выгодна по причине частичной многоразовости. Ракеты Илона Маска показали высокую надежность: с первого запуска в июне 2010 года Falcon 9 выполнила более сотни успешных полетов. Falcon Heavy компании SpaceX, первый пуск которой состоялся в феврале 2018 года, также продемонстрировала впечатляющие возможности. Сейчас это самая мощная ракета в мире, находящаяся в эксплуатации. Но это, конечно, только рассуждения наблюдателей...
По данным НАСА, Dream Chaser впервые будет запущен в сентябре-октябре 2024 года ракетой Vulcan со станции Космических сил на мысе Канаверал.
Напомним: Vulcan успешно дебютировал в январе 2024 года, но до сих пор не сертифицирован, хотя прошло уже почти четыре года после того, как ULA получила многомиллиардный контракт Космических сил США на осуществление 60% космических миссий, связанных с национальной безопасностью. Для получения сертификата на выполнение таких полетов требуется выполнить два успешных старта подряд. Альянс ULA по-прежнему уверен в том, что запустит Dream Chaser в октябре, но готов пойти навстречу минобороны, сертифицировать Vulcan и обеспечить полёты в темпе, необходимом для выполнения контрактных обязательств.
Пресс-секретарь ULA Джессика Рай сообщила изданию SpaceNews, что в планах второго пуска ракеты Vulan стоит Dream Chaser, который полетит на МКС. «Хотя ULA будет готова к полёту в середине 2024 года, наш заказчик Sierra Space запросил назначить запуск на сентябрь. Для нас важно осуществить второй сертификационный полёт в ближайшее время, поскольку это часть наших усилий с Космическими силами. Мы рассчитываем выполнить миссию до 1 октября. Если наш заказчик не будет готов к этому сроку, у нас есть запасные планы».
Тем временем беспокойство Пентагона нарастает. 13 мая газета Washington Post сообщила, что помощник министра ВВС по закупкам космической техники Фрэнк Калвелли напрямую обратился к Boeing и Lockheed Martin, материнским компаниям ULA, с просьбой оценить способность выполнить 25 пусков в интересах национальной безопасности до 2027 года.
В 2020 году Космические силы заключили два контракта — с компанией ULA на выполнение 60% оборонных миссий, с со SpaceX на оставшиеся 40%. Трудности с программой Vulcan заставили скорректировать планы, в результате чего в настоящее время 54% пусков принадлежат ULA, а 46% — SpaceX.
За последние три года с представителями ULA проведен ряд встреч в попытке оценить возможные задержки и их влияние на график космических запусков в интересах безопасности. Проблема в том, что из-за задержек критически важные миссии могут быть отложены на длительное время. Vulcan — это программа, в которую ВВС США активно вкладывались после выбора этой ракеты для выполнения военных запусков. Кроме того, Vulcan служит стратегической цели, заменяя Atlas V в парке средств выведения для обеспечения национальной безопасности: он удовлетворяет закону, принятому в 2016 году, запрещающему американским военным использовать ракеты с российскими двигателями РД-180. Первая ступень носителя Vulcan оснащена двигателями BE-4 разработки Blue Origin.
Зачем это НАСА?
Dream Chaser — не единственная «темная лошадка», на которую ставит НАСА. В последние годы Управление инвестировало в несколько резонансных проектов, которые поначалу казались сомнительными: компания Blue Origin получила 500 миллионов долларов на создание носителя New Glenn, SpaceX — 2.6 миллиардов долларов на разработку корабля Dragon для перевозки грузов и экипажа, а Boeing — 4,2 миллиарда долларов на CST-100 Starliner.
Инвестируя в подобные проекты, НАСА гарантирует наличие нескольких жизнеспособных вариантов доставки груза и экипажа на МКС и не только. Работы способствуют прогрессу технологий и помогают снизить затраты.
В прошлом НАСА самостоятельно снабжало станцию с помощью многоразовых крылатых кораблей системы Space Shuttle, однако программа при этом была очень дорогой и сложной. После того, как в 2011 году флот челноков был выведен из эксплуатации, потребовались новые способы снабжения станции. Вместо того, чтобы строить с нуля новые корабли, Управление выбрало сотрудничество с частными компаниями, причем финансировало не разработку кораблей, а транспортные услуги. Такой подход, по мнению госчиновников, позволил «использовать креативность и эффективность частного сектора», одновременно давая возможность сосредоточиться на таких программах, как Artemis с целью «вернуть людей на Луну и, в конечном итоге, отправить астронавтов на Марс».
Однако Dream Chaser по-прежнему один из уникальных проектов, финансируемых НАСА. После многих лет подготовки мини-шаттл, наконец, готов показать, на что способен. В конце октября — начале ноября 2023 года Sierra Space объявила о завершении изготовления первого прототипа корабля, названного Tenacity («Упорство»).
18 мая 2024 года аппарат прибыл в Центр Кеннеди, знаменуя последние приготовления перед запуском мини-шаттла. По данным НАСА, после прибытия на космодром Dream Chaser пройдет ряд дополнительных испытаний, и специалисты завершат установку теплозащиты и смонтируют в грузовом отсеке полезную нагрузку.
Учитывая эти факторы, по понятным причинам НАСА с нетерпением ждет первого полета мини-шаттла, а Пентагон — второго полета ракеты Vulcan.
