Корабль из «Стартрека»: как никогда не летавший в космос шаттл Enterprise изменил историю
Для многих Enterprise («Энтерпрайз») — это знаменитый звездолет из «Звездного пути». Но в мире космонавтики это прототип корабля системы Space Shuttle, предназначенный для испытаний в атмосфере. Хотя он никогда не выходил на орбиту, его тесты легли в основу будущих миссий «Колумбии», «Челленджера» и других шаттлов. Эксперт Pro Космоса Игорь Афанасьев рассказывает, какой была роль «Энтерпрайза» в NASA, как его испытывали и почему он считается иконой космонавтики.
Программа Space Shuttle зародилась в начале 1970-х как попытка NASA сделать космические полеты более рутинными и экономичными. После успеха лунных миссий Apollo агентство искало возможность снижения затрат на запуск полезных грузов и их возвращение на Землю, поскольку следующим амбициозным шагом в освоении космоса считались полет на Марс и/или постройка орбитальной станции на 50 человек.
Чтобы реализовать обе задачи, нужно было наладить регулярный грузопоток на низкую околоземную орбиту, стартуя не реже раза в неделю.
История шаттла Enterprise: от идеи до прототипа
Одним из перспективных направлений решения задачи считалось создание универсальной пилотируемой транспортной системы для доставки полезных нагрузок в космос и возвращения их обратно, способной стартовать как ракета и приземляться как самолёт. Она могла бы перевозить большие грузы и экипаж до восьми человек за один полёт. В случае спасательной операции ее вместимость могла бы увеличиться до одиннадцати человек. Также система могла бы маневрировать и ремонтировать спутники на орбите.
В 1968 году помощник администратора NASA Джордж Миллер заявил, что после программы Apollo американская астронавтика сосредоточится на многоразовой системе типа Space Shuttle — «Космический челнок» или «Космический паром» — с низкой стоимостью запуска — не более 10 миллионов долларов (92.8 миллионов в современных ценах). Для реализации предложенного варианта подобной системы требовалось 10–12 миллиардов долларов (93–111 миллиардов сегодня). Однако правительство сочло проект слишком дорогим и отказалось его финансировать.
Тогда конструкторы предложили частично многоразовую систему, возвращая и повторно используя только космический корабль и твердотопливные ускорители, а внешний топливный бак сделать одноразовым. Это сокращало расходы на создание системы, растягивая их по времени, но значительно увеличило стоимость каждого запуска.
В марте 1972 года утвердили окончательную конфигурацию системы Space Shuttle, начав проектирование. В июне NASA заключила контракт с Rockwell International (ныне частью Boeing) на создание первого многоразового корабля-прототипа OV-101. Изначально он предназначался для тестирования аэродинамики системы в атмосфере, а затем его планировали адаптировать для орбитальных полётов.
Сборка OV-101 стартовала 4 июня 1974 года с модуля кабины экипажа. 26 августа того же года приступили к работе над хвостовой частью фюзеляжа. Компания Grumman поставила крылья 23 мая 1975 года, и к августу началась финальная сборка корабля.
Первоначально его хотели назвать «Конституция» (Constitution) в честь 200-летия основного закона США. Однако фанаты сериала «Звёздный путь» (Star Trek) организовали массовую кампанию: они отправили четыреста тысяч писем в NASA и Белый дом, требуя назвать шаттл «Смелое предприятие» (Enterprise) в честь вымышленного корабля из сериала. Кампания оказалась успешной, и 17 сентября 1976 года шаттл официально представили в Палмдейле, Калифорния. На церемонии, проведённой администратором NASA Джеймсом Флетчером, присутствовали Дефорест Келли (доктор «Кости» Маккой), Джордж Тэйки (мистер Сулу), Леонард Нимой (мистер Спок) и другие актёры «Звёздного пути», а также создатель сериала Джин Родденберри.
Строительство шаттла Enterprise: от тестового прототипа к легенде
Первый орбитальный корабль программы Space Shuttle был сделан из дерева. Он полностью повторял размеры и форму будущего «орбитера», но в небо не поднимался, поскольку его задача была иной. Макет должен был впечатлить высокопоставленных гостей, от которых зависела судьба космической программы. Кроме того, он использовался для прокладки кабелей на серийных шаттлах и для примерки лётного оборудования.
А вот «Энтерпрайз» был первым шаттлом, изготовленным по программе NASA для лётных испытаний. Его строительство началось в 1974 году на заводе Rockwell International в Палмдейле, Калифорния. Изначально его планировали использовать для отработки методов сборки будущих серийных собратьев, а также доводки бортовых систем во время атмосферных испытаний, выполнения подготовительных работ на стартовых площадках и операций по техобслуживанию после приземления. Кроме того, на нем планировалось отработать технологию транспортировки шаттлов с дальних мест посадки на космодром.
По внешнему виду, габаритам и особенностям конструкции планера «Энтерпрайз» повторял будущие «рабочие» шаттлы, но с упрощениями (имел макетную теплозащиту из пенопласта, и имитаторы большинства систем, в которых не было необходимости при полётах в воздухе, в частности, маршевых ракетных двигателей и реактивной системы управления спуском в атмосфере). Длина фюзеляжа достигала 37,2 метра, размах крыльев — 23,8 метра, высота — 17,3 метра. «Сухая» масса планера составляла около 68 тонн.
При этом «Энтерпрайз» оснащался рабочей электроникой, приводами аэродинамических рулей и шасси, и даже имел топливные элементы для электропитания бортовых систем. Экипаж (два человека) размещался на верхней палубе кабины перед «боевым» пультом. Пилоты сидели в катапультных креслах для безопасности, а система управления полётом была аналогична будущим шаттлам. Для снижения сопротивления во время полётов на самолёте-носителе Boeing-747 во время перегоночных миссий использовался хвостовой обтекатель (tailcone), но в последних сбросах его снимали для имитации аэродинамической конфигурации орбитальной ступени с макетами маршевых двигателей (SSME) и орбитальной системы маневрирования (OMS).
В СССР по программе разработки многоразовой транспортной космической системы «Буран» был создан аналогичный «Энтерпрайзу» аппарат для атмосферных полётов — орбитальный корабль для горизонтальных лётных испытаний (БТС-002). Внешне «челноки» были похожи, но принципиально отличались: американский был безмоторным планером огромного размера, а советский являлся реальным самолётом — самостоятельно взлетал с ВПП с использованием четырёх турбореактивных двигателей, закреплённых в хвостовой части, поднимался на нужную высоту, маневрировал и заходил на посадку. Таким образом БТС-002 совершил 25 полётов в 1984-1989 годах.
Для управления «Энтерпрайзом» во время лётных испытаний назначили экипаж из двух человек – командира и пилота – и сформировали две взаимозаменяемые команды:
первая: Фред Хейз (командир, астронавт, ветеран Apollo 13) и Гордон Фуллертон (пилот).
вторая: Джо Энгл (командир, лётчик-испытатель X-15) и Ричард Трули (пилот).
Пилоты «Энтерпрайза» были военными астронавтами — ранее они участвовали в программе подготовки к полётам на военной космической станции MOL (Manned Orbiting Laboratory), отменённой в середине 1969 года.
Как шаттл Enterprise сбрасывали с Boeing-747
Сразу после изготовления началась опытная эксплуатация «атмосферного шаттла». С февраля по ноябрь 1977 года в Исследовательском центре имени Драйдена на авиабазе Эдвардс в Калифорнии проводилась программа отработки захода на посадку и приземления Approach and Landing Tests (ALT). Её целью была верификация аэродинамических характеристик будущего челнока на низких скоростях, а также проверка того, что все системы, предназначенные для полётов шаттла в атмосфере, функционируют как задумано.
«Энтерпрайз» крепили на спину модифицированного самолёта-носителя Boeing-747, известного как Shuttle Carrier Aircraft (SCA) или NASA 905. Он поднимал шаттл на большую высоту, где «Энтерпрайз» отцеплялся и планировал самостоятельно, имитируя посадку после возвращения с орбиты с оценкой вибраций, флаттера и особенностей касания и руления на полосе.
Перед этим прошли испытания шаттла в связке с самолётом-носителем — наземное руление, разгон, полёты. В пяти из них в кабине шаттла никого не было, в трёх за пультами сидели лётчики-испытатели. Эти тесты оценивали аэродинамику системы «самолёт-носитель + шаттл».
Затем начались сбросы — на высоте 6000-7000 метров производилась расцепка. Самолёт-носитель уходил вниз и в сторону, а шаттл разворачивался в воздухе на 180° и планировал до касания с землёй. Всего было проведено пять «свободных» полётов.
12 августа 1977 года (ALT-11, шаттл с хвостовым обтекателем); экипаж — Фред Хейз (командир) и Гордон Фуллертон (пилот). Продолжительность — 5 минут 21 секунда. Посадка на сухое озеро Эдвардс.
13 сентября 1977 года: (ALT-12, шаттл с хвостовым обтекателем); экипаж — Джо Энгл (командир) и Ричард Трули (пилот). Продолжительность — 5 минут 28 секунд. Посадка на сухое озеро Эдвардс.
23 сентября 1977 года: (ALT-13, шаттл с хвостовым обтекателем); экипаж — Фред Хейз (командир) и Гордон Фуллертон (пилот). Продолжительность — 5 минут 34 секунды. Посадка на сухое озеро Эдвардс.
12 октября 1977 года: (ALT-14, шаттл без хвостового обтекателя, в «орбитальной» конфигурации с макетами двигателей); экипаж — Джо Энгл (командир) и Ричард Трули (пилот). Крутое снижение со скоростью 3000 метров в минуту. Продолжительность — 2 минуты 34 секунды. Посадка на сухое озеро Эдвардс.
26 октября 1977 года: (ALT-16, шаттл без хвостового обтекателя, в «орбитальной» конфигурации с макетами двигателей); экипаж — Фред Хейз (командир) и Гордон Фуллертон (пилот). Крутое снижение со скоростью 3000 метров в минуту, отскок в момент касания земли, но приземление удалось. Первая посадка на бетонную взлётно-посадочную полосу.
Всего в рамках программы ALT было проведено 16 тестов: три рулёжных, пять полётов в составе связки с самолётом-носителем, но без экипажа в шаттле, три с экипажем, но без отцепки, и пять «свободных» полётов. В ходе испытаний было показано, что шаттл может планировать в атмосфере и приземляться без использования силовой установки, причём он способен безопасно подходить к земле и садиться при различных положения центра тяжести. Кроме лётных характеристик аппарата были проверены наземные системы и процедуры его приёма на ВПП.
Дальнейшая судьба Enterprise: от вибрационных тестов до музея
После завершения программы ALT «Энтерпрайз» отправился в Палмдейл, где его должны были переоборудовать для космического полёта. Согласно плану, первый старт корабля состоялся бы в июле 1981 года. Он должен был вывести на орбиту спутник связи и вернуть «Долгоживущий объект для длительного экспонирования» - аппарат LDEF, запущенный в 1980 году с «Колумбии». Затем «Энтерпрайз» совершил бы два полёта с лабораторией Spacelab.
Однако программа ALT и последующие проверки выявили, что крылья и фюзеляж шаттла нуждаются в серьёзном усилении. Это требовало полной разборки корабля и внесения значительных изменений в его конструкцию. Элементы планера нужно было возвращать по частям разным подрядчикам и субподрядчикам по всей стране. От этого NASA отказалось, решив переделать незавершённый образец STA-099, предназначенный для различных наземных стресс-тестов, в орбитальный корабль, пригодный для полётов. Этот шаттл получил название «Челленджер» (OV-099).
«Энтерпрайз» использовали для вибрационных тестов в Хантсвилле (1978–1979) и проверок в Центре Кеннеди (1979). Там его объединили с внешним топливным баком и твердотопливными ускорителями, чтобы создать «типовую конфигурацию системы Space Shuttle». За 20 месяцев до первого старта шаттла Columbia конфигурацию протестировали на стартовом комплексе LC-39A Космического центра Кеннеди. Проверяли наземное оборудование и обнаружили проблему обледенения бака. Это привело к созданию системы вентиляции, которая спасла многие миссии.
После испытаний «Энтерпрайз» вернули в Исследовательский центр имени Драйдена. А в 1983 и 1984 годах шаттл вместе с самолётом-носителем совершил международное турне, побывав во Франции, Западной Германии, Италии, Великобритании и Канаде. Также он посетил Калифорнию, Алабаму и Луизиану во время Всемирной выставки в 1984 году, после чего его перевезли в Вашингтон, округ Колумбия: там он стал собственностью Смитсоновского института и был размещён в ангаре Национального музея авиации и космонавтики NASM в Международном аэропорту имени Даллеса.
Когда на авиабазе Ванденберг в Калифорнии к запускам военных шаттлов готовилась стартовая площадка SLC-6, «Энтерпрайз» снова призвали на службу, объединили с внешним топливным баком и ускорителями в «типовую конфигурацию» для примерки к наземной инфраструктуре Западного побережья. Увы не смотря на огромные вложения, этот стартовый комплекс так и не использовался для пусков системы Space Shuttle.
После катастрофы «Челленджера» в небе Флориды 28 января 1986 года NASA задумалось о замене потерянного шаттла. Сначала рассматривался вариант дооснастить «Энтерпрайз» всем необходимым для космических полётов, но столкнулись с той же проблемой, что и в конце 1970-х: слишком сложной переделкой существующей конструкции. В итоге NASA решило изготовить новый шаттл «Индевор» (OV-105), используя запасные части, произведённые в своё время для «Дискавери» (OV-103) и «Атлантиса» (OV-104).
После катастрофы «Колумбии», которая 1 февраля 2003 года разрушилась при спуске в атмосфере, проводились тесты, имитирующие удар пенопластовым блоком криогенной теплозащиты, сорвавшимся с внешнего топливного бака. Для этого использовали специальную пневматическую пушку, которая стреляла пеноблоками по передней кромки крыла из стеклопластика от «Энтерпрайза».
Хотя в ходе испытания 29 мая 2003 года передняя кромка осталась цела, деформировался гибкий уплотнитель, создав щель между защитой и конструкцией длиной 56 см. Учитывая, что углерод-углеродный материал на «Колумбии» был менее прочным и гибким, аналогичный удар мог разрушить кромку. Таким образом комиссия установила, что вероятной причиной катастрофы стало то, что удар большого (величиной с чемодан) куска пенопласта, сорвавшегося с внешнего топливного бака, привёл к повреждению углерод-углеродной панели передней кромки левого крыла «Колумбии», в результате чего горячие газы, образующиеся при входе в атмосферу, попали внутрь крыла и разрушили конструкцию. Из-за этого шаттл потерял управление и рассыпался в атмосфере, а весь экипаж погиб.
12 апреля 2011 года NASA объявило, что «Дискавери» как «самый опытный орбитер в парке шаттлов» (39 полётов в космос), заменит «Энтерпрайз» в коллекции Смитсоновского института после вывода из эксплуатации флота шаттлов, а право собственности на «Энтерпрайз» перейдёт к музею «Интрепид» в Нью-Йорке. 17 апреля 2012 года самолёт-носитель шаттлов доставил «Дискавери» из Космического центра Кеннеди в Даллес, где он совершил несколько пролётов над территорией Вашингтона. После того как «Дискавери» сняли с «Боинга», оба корабля выставили нос к носу перед музеем, а затем «Энтерпрайз» подготовили к перелёту в Нью-Йорк.
Из аэропорта Даллес его перевезли на специальном прицепе на баржу, которая доставила «Энтерпрайз» в Джерси-Сити. 6 июня его подняли на борт «Музея моря, воздуха и космоса „Интрепид“» (Intrepid Sea, Air & Space Museum) — авианосца, стоящего на причале в Манхэттене и превращённого в военно-морской исторический музей. Там шаттл занял почётное место и был внесён в Национальный реестр исторических реликвий. Это произошло 13 марта 2013 года. «Энтерпрайз» получил номер 13000071 в знак признания его выдающейся роли в реализации программы Space Shuttle.
