Почему мы не пользуемся космолётами?
В конце 1960-х американский ракетоплан X-15 на скорости 6,7 Маха летал на 100+ километрах над Землёй. Выглядел он как и положено космолёту: длинный серебристый корпус, маленькие крылья и ракетное пламя позади. Пусть стартовал он не с площадки, а с подвески B-52, зато потом садился на обычную полосу.
Увы, прологом к новой эре космических лайнеров он не стал. Скорость X-15 оказалась почти в четыре раза ниже необходимой для удержания на орбите. А для её достижения потребовалось бы в ~15 раз больше энергии на каждый килограмм аппарата.
Отчего не поставили двигатель мощнее и бак объемнее? Космоплан - это ведь решение одной из главных проблем ракет. У ракет топливо занимает до 90-95% стартовой массы, причем значительная часть запаса сгорает именно в первые минуты. Космолёт же использует атмосферный кислород и получает подъемную силу от крыльев. Выглядит как колоссальная экономия: разогнаться и подняться на сколько позволяет реактивная тяга, а ракетный двигатель включить уже имея отличную фору по скорости и высоте...
Физика несколько сложнее. Вместе со скоростью растёт сопротивление воздуха. Нагрев и нагрузки на выступающие элементы требуют совсем других материалов и конструкций. Доля топлива в стартовой массе действительно снижается, но взамен появляются самолётный «обвес» и начинка - и всё это нельзя сбросить, как ступени ракеты: приходится тащить через всю миссию.
Другой момент: взлёт - детская задача по сравнению с возвращением. Шаттлы входили в атмосферу на скорости до 28 000 км/ч. В этот момент это были не планеры, а кирпичи, летящие сквозь плазму и нагретые снаружи до 900–1600 °C. То, что шаттлы и советский «Буран» вообще полетели, - чудо инженерии. Впрочем, трагедии «Челленджера» в 1986-м и «Колумбии» в 2003-м показали и пределы этого чуда.
Экономика также сработала не в пользу программы: подготовка шаттлов к каждому новому полёту фактически была их капремонтом. Отсюда - цена доставки на орбиту в $55 000 за килограмм. Для сравнения: тариф SpaceX - $3 200 за кг.
Впрочем, возвращение не в капсуле, а на крыльях по-прежнему слишком притягательно, чтобы от идеи отказаться. Американский X-37B - небольшой беспилотник, который испытывают в разных режимах с 2010-го. Стартует он на Falcon 9, - а садится на полосу сам.
X-37 не заменяет ракету, а берёт на себя отдельный участок задач. И это, пожалуй, ответ на вопрос о космолётах как не о кораблях из будущего, а как о звене цепочки космических операций. Их формат крайне удобен на финише и во многом - на старте. При скоростях до 4–5 Маха воздушно-реактивная схема реально полезна: использование кислорода из воздуха экономит тонны окислителя. И только когда воздух слишком разреженный, вступает прожорливая ракетная тяга.
Есть проекты с гибридной силовой установкой, где между турбореактивными и ракетными двигателями включаются прямоточные. В теории это выглядит логично и эффектно. А на презентации - ещё и красиво. На практике же трехрежимная система вызывает у конструкторов суеверный ужас.
При нынешнем спектре космических задач нужны не универсальные аппараты, а настроенные под конкретную работу: грузовые, военные, научные. В перспективе - пассажирские. Но главное - не придумать режим полёта, а сделать его рутинным. Многоразовость имеет смысл только при высокой частоте запусков и быстрой подготовке аппарата к ним. Условно - заправился и полетел.
Космолёт изначально оказался слишком сложным и дорогим для своей эпохи. Международный грузопоток, в теории, гораздо охотнее бы перешел на экранопланы вместо балкеров. Но экономика не позволяет. Впрочем, идея космопланов слишком заманчива, чтобы от неё отказаться. Серийный гиперзвук, ядерные двигатели - всё это показывает, что проектирование и материаловедение уже шагнули на достаточный уровень, чтобы заново подступить к теме. Пусть пока не для рейсов на Марс, а как к звену современной околокосмической логистики. Будем смотреть в 2030-е.
#космос #технологии #орбита #космолёты