Перед высадкой Аполлона-11 на Луну в 1969 году НАСА начало изучать проекты космических челноков еще в октябре 1968 года. Ранние исследования были обозначены как «Фаза A», а в июне 1970 года — как «Фаза B», которые были более подробными и конкретными. Основное предполагаемое использование космического челнока фазы A заключалось в поддержке будущей космической станции , перевозке минимального экипажа из четырех человек и около 20 000 фунтов (9 100 кг) груза, а также в возможности быстрого разворота для будущих полетов с более крупными полезными грузами, такими как модули космической станции , поднимаемыми Сатурном V.
В качестве фаворитов выступили два проекта. Один был разработан инженерами Центра пилотируемых космических полетов и особенно отстаивался Джорджем Мюллером . Это была двухступенчатая система с дельта-крыльями космического корабля, и в целом сложная. Попытка упростить ее была предпринята в форме DC-3 , разработанного Максимом Фаже , который спроектировал капсулу Mercury среди других транспортных средств. Также предлагались многочисленные предложения от различных коммерческих компаний, но в целом они отходили на второй план, поскольку каждая лаборатория НАСА продвигала свою собственную версию.
Все это происходило на фоне того, что другие команды НАСА предлагали широкий спектр миссий после Аполлона, некоторые из которых стоили бы столько же, сколько Аполлон или даже больше. [ нужна цитата ] Поскольку каждый из этих проектов боролся за финансирование, бюджет НАСА в то же время был серьезно ограничен. Три из них были в конечном итоге представлены вице-президенту США Спиро Агню в 1969 году. Проект шаттла поднялся на вершину, во многом благодаря неустанной агитации его сторонников. [ нужна цитата ] К 1970 году шаттл был выбран в качестве единственного крупного проекта на краткосрочный период после Аполлона.
Когда финансирование программы стало предметом вопросов, возникли опасения, что проект может быть отменен. Это стало особенно актуальным, когда стало ясно, что Saturn V больше не будет производиться, а это означало, что полезную нагрузку на орбите необходимо было увеличить как по массе — вплоть до 60 600 фунтов (27 500 кг), — так и по размеру, чтобы дополнить ее возможности по подъему тяжелых грузов, необходимые для запланированных межпланетных зондов и модулей космической станции, что означало необходимость в более крупном и дорогом транспортном средстве на этапе B. Поэтому NASA попыталось заинтересовать ВВС США и ряд других клиентов в использовании шаттла для их миссий. Чтобы снизить затраты на разработку предлагаемых конструкций, были добавлены ускорители, принят одноразовый топливный бак, а также было внесено множество других изменений, которые значительно снизили возможность повторного использования и значительно увеличили расходы на транспортное средство и эксплуатационные расходы.
В 1969 году вице-президент США Спиро Агню возглавил Национальный совет по аэронавтике и исследованию космоса , который обсуждал варианты действий человека в космосе после «Аполлона» . [1] Рекомендации Совета оказали сильное влияние на решения администрации . Совет рассмотрел четыре основных варианта:
На основе рекомендаций Космического совета президент Никсон принял решение заняться вариантом инфраструктуры низкой околоземной орбиты . Эта программа в основном состояла из строительства космической станции , а также разработки космического челнока . Однако ограничения финансирования не позволяли заниматься разработкой обеих программ одновременно. НАСА решила сначала разработать программу космического челнока , а затем планировала использовать челнок для строительства и обслуживания космической станции.
В ходе ранних исследований шаттлов велись дебаты по поводу оптимальной конструкции шаттла, которая наилучшим образом сбалансировала бы возможности, стоимость разработки и эксплуатационные расходы. Первоначально предпочтение отдавалось полностью многоразовой конструкции. Она включала очень большой крылатый пилотируемый ускоритель , который нёс бы меньший крылатый пилотируемый орбитальный аппарат. Ракета-носитель поднимала бы орбитальный аппарат на определённую высоту и скорость, а затем отделялась. Ракета-носитель возвращалась и приземлялась горизонтально, в то время как орбитальный аппарат продолжал движение на низкой околоземной орбите . После завершения своей миссии крылатый орбитальный аппарат возвращался и приземлялся горизонтально на взлётно-посадочной полосе. Идея заключалась в том, что полная многоразовость будет способствовать снижению эксплуатационных расходов.
Однако дальнейшие исследования показали, что для подъема орбитального аппарата с желаемой грузоподъемностью необходим огромный ускоритель. В космических и авиационных системах стоимость тесно связана с массой, поэтому это означало, что общая стоимость транспортного средства будет очень высокой. И ускоритель, и орбитальный аппарат будут иметь ракетные двигатели, а также реактивные двигатели для использования в атмосфере, а также отдельные системы подачи топлива и управления для каждого режима движения. Кроме того, параллельно велись дискуссии о том, какой объем финансирования будет доступен для разработки программы.
Другим конкурирующим подходом было поддержание производственной линии Saturn V и использование ее большой грузоподъемности для запуска космической станции несколькими полезными грузами, а не многими меньшими полезными грузами шаттла. Связанная концепция заключалась в обслуживании космической станции с использованием Titan III-M ВВС для запуска более крупной капсулы Gemini , называемой « Big Gemini », или меньшей «планирующей» версии шаттла без главных двигателей и с отсеком для полезной нагрузки 15 футов × 30 футов (4,6 м × 9,1 м).
Сторонники шаттла ответили, что при достаточном количестве запусков многоразовая система будет иметь более низкие общие затраты, чем одноразовые ракеты. Если разделить общие затраты на программу на заданное количество запусков, высокая скорость запуска шаттла приведет к более низким предпусковым расходам. Это, в свою очередь, сделает шаттл по стоимости конкурентоспособным или превосходящим одноразовые пусковые установки. В некоторых теоретических исследованиях упоминалось 55 запусков шаттла в год; однако окончательный выбранный проект не поддерживал такую скорость запусков. В частности, максимальная скорость производства внешних баков была ограничена 24 баками в год на сборочном заводе NASA Michoud .
Объединенные требования к полезной нагрузке космической станции и ВВС были недостаточны для достижения желаемых показателей запуска шаттлов. Поэтому планировалось, что все будущие американские космические запуски — космические станции, ВВС, коммерческие спутники и научные исследования — будут использовать только Space Shuttle. Большинство других одноразовых ускорителей будут постепенно выведены из эксплуатации.
Многоразовый ускоритель в конечном итоге был заброшен из-за нескольких факторов: высокая цена (в сочетании с ограниченным финансированием), техническая сложность и риск разработки. Вместо этого была выбрана частично (не полностью) многоразовая конструкция, где внешний топливный бак отбрасывался для каждого запуска, а ракеты-носители и орбитальный челнок ремонтировались для повторного использования.
Первоначально орбитальный аппарат должен был нести собственное жидкое топливо . Однако исследования показали, что размещение топлива во внешнем баке позволяло разместить больший отсек для полезной нагрузки в гораздо меньшем по размеру аппарате. Это также означало необходимость выбрасывать бак после каждого запуска, но это была относительно небольшая часть эксплуатационных расходов.
Более ранние проекты предполагали, что крылатый орбитальный аппарат также будет иметь реактивные двигатели для маневрирования в атмосфере после повторного входа. Однако в конечном итоге НАСА выбрало планирующий орбитальный аппарат, основываясь частично на опыте предыдущих ракетно-планирующих аппаратов, таких как X-15 и подъемных тел . Исключение реактивных двигателей и их топлива уменьшило бы сложность и увеличило бы полезную нагрузку.
Другим решением был размер экипажа. Некоторые говорили, что шаттл не должен перевозить более четырех человек, максимум, которые могли использовать катапультные кресла . Командира, пилота, специалиста по миссии и специалиста по полезной нагрузке было достаточно для любой миссии. НАСА ожидало перевозить больше участников космического полета в качестве специалистов по полезной нагрузке, поэтому спроектировало транспортное средство, чтобы перевозить больше. [2]
Оставшиеся дебаты касались природы ускорителей. NASA рассматривало четыре решения этой проблемы: разработка существующей нижней ступени Saturn, простые двигатели на жидком топливе с подачей под давлением новой конструкции, большая одиночная твердотопливная ракета или две (или более) меньших. Инженеры Центра космических полетов имени Маршалла NASA (где велось управление разработкой Saturn V) были особенно обеспокоены надежностью твердотопливных ракет для пилотируемых миссий.
В середине 1960-х годов ВВС США отменили оба своих крупных пилотируемых космических проекта, X-20 Dyna-Soar и Manned Orbiting Laboratory . Это продемонстрировало необходимость сотрудничества с NASA для размещения военных астронавтов и полезных грузов на орбите. ВВС запустили более 200 разведывательных миссий между 1959 и 1970 годами, и большой объем полезных грузов военных был бы ценным для того, чтобы сделать шаттл более экономичным. [3] : 213–216 В свою очередь, обслуживая потребности ВВС, шаттл стал по-настоящему национальной системой, перевозящей как военные, так и гражданские полезные грузы. [4]
NASA обратилось за поддержкой ВВС для шаттла. После Шестидневной войны и советского вторжения в Чехословакию , выявивших ограничения в сети спутниковой разведки США , участие ВВС подчеркнуло возможность запуска спутников-шпионов на юг на полярную орбиту с авиабазы Ванденберг . Это требовало более высоких энергий, чем для орбит с меньшим наклоном. Однако, чтобы иметь возможность вернуться на Землю после одного витка, несмотря на то, что Земля вращалась на 1000 миль ниже орбитальной траектории, требовалось большее треугольное крыло, чем у более раннего простого шаттла «DC-3». Кроме того, конфигурация с прямым крылом, предпочитаемая Максом Фаже, потребовала бы, чтобы транспортное средство летел в свале большую часть входа в атмосферу и имело бы проблемы во время прерывания запуска, ситуация, не нравившаяся NASA. [5] Распространено заблуждение, что треугольное крыло было исключительно по требованию ВВС США, однако это всего лишь миф.
Несмотря на потенциальные выгоды для ВВС, военные были удовлетворены своими расходными ускорителями и меньше нуждались в шаттле, чем НАСА. Поскольку космическому агентству требовалась внешняя поддержка, Министерство обороны (DoD) и Национальное разведывательное управление (NRO) получили основной контроль над процессом проектирования. Например, НАСА планировало грузовой отсек размером 40 на 15 футов (12,2 на 4,6 м), но NRO указало отсек размером 60 на 15 футов (18,3 на 4,6 м), поскольку ожидало, что будущие разведывательные спутники станут больше. Когда Фаже снова предложил отсек для полезной нагрузки шириной 12 футов (3,7 м), военные почти сразу же настояли на сохранении ширины 15 футов (4,6 м). [ необходима цитата ] ВВС также получили эквивалент использования одного из шаттлов бесплатно, несмотря на то, что не заплатили за разработку или строительство шаттла. В обмен на уступки со стороны НАСА В марте 1971 года ВВС дали показания в Космическом комитете Сената в пользу шаттла. [3] : 216, 232–234 [6]
В качестве еще одного стимула для военных использовать шаттл, Конгресс, как сообщается, сообщил Министерству обороны, что не будет платить за какие-либо спутники, не предназначенные для размещения в грузовом отсеке шаттла. [7] Хотя NRO не переделывало существующие спутники для шаттла, транспортное средство сохранило способность извлекать большие грузы, такие как KH-9 HEXAGON, с орбиты для восстановления, и агентство изучало возможность пополнения запасов спутника в космосе. [8]
Потенциальное военное использование шаттла, включая возможность использования его для проверки соблюдения Советским Союзом договора ОСВ-2 , вероятно, заставило президента Джимми Картера не отменять шаттл в 1979 и 1980 годах, когда программа отставала от графика на годы и превышала бюджет на сотни миллионов долларов. [9] Военно-воздушные силы планировали иметь собственный флот шаттлов и перестроили отдельный стартовый комплекс, первоначально полученный из отмененной программы пилотируемой орбитальной лаборатории в Ванденберге, под названием Space Launch Complex Six (SLC-6) . Однако по разным причинам, в значительной степени из-за потери космического челнока Challenger 28 января 1986 года, работа над SLC-6 была в конечном итоге прекращена, и запуски шаттлов с этого места так и не состоялись. SLC-6 в конечном итоге использовался для запуска одноразовых ракет-носителей Athena , созданных Lockheed Martin , в том числе успешного коммерческого спутника наблюдения Земли IKONOS в сентябре 1999 года, прежде чем был снова переконфигурирован для управления новым поколением Boeing Delta IV . Первый запуск тяжелого Delta IV с SLC-6 состоялся в июне 2006 года, когда был запущен NROL-22, секретный спутник Национального разведывательного управления США (NRO).
.tif/lossy-page1-1280px-thumbnail.tif.jpg)
Хотя NASA, скорее всего, выбрало бы жидкостные ускорители, если бы имело полный контроль над проектом, Управление по управлению и бюджету настояло на менее дорогих твердотельных ускорителях из-за их более низких прогнозируемых затрат на разработку. [3] : 416–423 [10] В то время как конструкция жидкостного ускорителя обеспечивала лучшую производительность, более низкие затраты на полет, меньшее воздействие на окружающую среду и меньший риск разработки, твердотельные ускорители рассматривались как требующие меньшего финансирования для разработки в то время, когда программа Shuttle имела много различных элементов, конкурирующих за ограниченные средства на разработку. Окончательный проект, который был выбран, представлял собой крылатый орбитальный аппарат с тремя жидкостными двигателями , большим расходным внешним баком , в котором хранилось жидкое топливо для этих двигателей, и двумя многоразовыми твердотопливными ракетными ускорителями .
Весной 1972 года Lockheed Aircraft , McDonnell Douglas , Grumman и North American Rockwell представили предложения по строительству шаттла. Группа отбора NASA посчитала, что шаттл Lockheed слишком сложен и дорог, а у компании не было опыта в строительстве пилотируемых космических кораблей. У McDonnell Douglas он был слишком дорог и имел технические проблемы. У Grumman был отличный дизайн, который также казался слишком дорогим. У шаттла North American была самая низкая стоимость и самые реалистичные прогнозы затрат, его конструкция была самой простой для текущего обслуживания, а авария Apollo 13 с участием командно-сервисного модуля North American продемонстрировала его опыт в области отказов электрической системы. NASA объявило о своем выборе North American 26 июля 1972 года. [3] : 429–432
Программа Space Shuttle использовала язык программирования HAL/S . [11] Первым использованным микропроцессором был 8088 , а позднее 80386. Компьютером авионики орбитального корабля Space Shuttle был IBM AP-101 .
Мнения по поводу уроков Шаттла расходятся. Он был разработан с первоначальной оценкой стоимости и времени разработки, предоставленной президенту Ричарду М. Никсону в 1971 году [12] , по цене 6,744 млрд долларов в долларах 1971 года (что эквивалентно 38,9 млрд долларов в 2023 году) [13] по сравнению с первоначальной оценкой в 5,15 млрд долларов. [14] Однако эксплуатационные расходы, скорость полета, грузоподъемность и надежность отличались от ожидаемых. [12]