Люди на Луне - Виталий Юрьевич Егоров

и автономный полет верхней ступени лунного модуля с последующей стыковкой с командным модулем. Так было испытано взаимодействие систем навигации и связи, радаров причаливания и стыковки двух кораблей.

Стоит отметить высокий риск такого испытания, ведь лунный модуль не имел возможности самостоятельно вернуться на Землю и любой сбой в навигации или системах стыковки угрожал его экипажу.

В полете Apollo 10 испытания обеих ступеней лунного модуля продолжились, но уже на окололунной орбите. Программа полета была максимально близка к программе высадки на Луну, лишь за тем исключением, что лунный модуль не спускался ниже десятикилометровой орбиты. В остальном корабли и экипаж опробовали все необходимые операции расстыковки, снижения орбиты, отделения нижней ступени лунного модуля, возвращения верхней ступени лунного модуля на опорную окололунную орбиту и стыковку с командным модулем.

КАК ИСПЫТЫВАЛСЯ ДВИГАТЕЛЬ СТАРТОВОЙ СТУПЕНИ ЛУННОГО МОДУЛЯ?

Лунный модуль оборудовался маршевыми двигателями довольно простой конструкции. Никаких турбонасосных агрегатов, никакой активной системы охлаждения камеры сгорания и сопла, никаких систем зажигания на двигателе просто не предусматривалось. Подача топлива вытеснительная, т. е. гелий, сжатый в баллоне под большим давлением, выдавливал топливные компоненты из баков в камеру сгорания, где они воспламенялись от взаимодействия друг с другом. Охлаждение камеры сгорания обеспечивалось абляцией: стеклопластиковая обкладка внутренних стенок камеры просто «сгорала» и продукты горения уносились через сопло вместе с ракетными газами, что предохраняло стенки от перегрева.

Двигатели лунного модуля проходили испытания как в обычных земных условиях, на уровне моря, так и в специальных условиях «высотного теста». «Высотный тест» предусматривал испытания в камере с пониженным давлением, как на высоте 27 км. Хотя это еще далеко до лунного вакуума, но позволяет добиться большего сходства с космическими условиями.

До первых полетов вся двигательная установка, включая маршевый двигатель и 16 малых двигателей ориентации, проходила проверку на испытательном полигоне NASA White Sands. Для примера приведена программа испытаний двигательной установки на первом прототипе PA-1 стартовой ступени лунного модуля.

СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ИСПЫТАНИЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ НА ПЕРВОМ ПРОТОТИПЕ ЛУННОГО МОДУЛЯ (PA-1) НА ИСПЫТАТЕЛЬНОМ ПОЛИГОНЕ WHITE SANDS

Летные экземпляры двигателей, которые устанавливались на лунные модули для посадки и старта с Луны, не проходили предполетных включений, хотя гидравлические испытания (когда через топливную систему прогоняют имитатор топлива) проходили на двигателе Apollo 9. Но их простая конструкция и большой объем испытаний прототипов серийных двигателей внушал уверенность, что работа двигателей пройдет без замечаний или с минимальными отклонениями. Так в результате и получилось.

Почему NASA отказалось от ракетного двигателя F-1?

КРАТКИЙ ОТВЕТ: К моменту завершения лунной программы NASA приняло решение о разработке многоразовой космической системы, где использовались более совершенные многоразовые кислород-водородные двигатели и более мощные твердотопливные ускорители. F-1 отменили за ненадобностью, так как имели более эффективные двигатели.

Самый мощный жидкостный однокамерный кислород-керосиновый ракетный двигатель за всю историю космонавтики до сих пор поражает воображение. Тяга 690 т у поверхности Земли, диаметр сопла 3,76 м, масса 8,35 т. Пять таких двигателей тринадцать раз успешно поднимали ракеты Saturn V массой почти 3000 т. И NASA спокойно отказалось от его производства в начале 1970-х годах, даже не попытавшись использовать в дальнейших программах. Это не может не вызывать удивления. В интернете ходят легенды об исчезнувших или сознательно уничтоженных чертежах ракеты Saturn V и ее двигателей, хотя они далеки от реальности.

Группа инженеров Космического центра Джорджа Маршалла в 2013 году у музейного образца ракетного двигателя F-1. Эта команда ведет работы по сохранению прежнего наследия F-1, его модернизации и использованию в будущем. NASA

Ракета Saturn V относится к классу сверхтяжелых ракет. В такую категорию попадают ракеты, чья грузоподъемность в два и более раз превышает грузоподъемность тяжелых. Современные тяжелые ракеты способны поднять на низкую околоземную орбиту (НОО) 25–30 т, соответственно, сверхтяжелой можно считать ракету, поднимающую более 50 т на низкую орбиту.

За всю историю космонавтики сверхтяжелых ракет создавалось не так много: американские Saturn V, Space Shuttle, Falcon Heavy; советские Н-1 и «Энергия». Обычно американские шаттлы не относятся к сверхтяжелым ракетным системам так как они могли вывести на низкую орбиту до 25 т полезной нагрузки, но на орбите оказывался и сам 70-тонный ракетоплан, поэтому система Space Shuttle может считаться сверхтяжелой ракетой.

Сегодня у космических держав в разработке находится еще как минимум три ракеты: SLS (США), РН СТК (Россия) и Long March 9 (Китай).

Рассмотрим прошлые, настоящие и будущие ракеты сверхтяжелого класса.

СВЕРХТЯЖЕЛЫЕ РАКЕТЫ МИРА

Как видно из таблицы, история сверхтяжелых ракет началась с пилотируемой лунной программы. Следующее после лунной гонки направление развития сверхтяжелых носителей – ракетопланы, но впоследствии они не выдержали конкуренции со средними и тяжелыми ракетами. Оказалось, что для научной, коммерческой и даже военной деятельности на околоземных орбитах людям требуются ракеты грузоподъемностью не более 30 т. Пока нет задачи полета на Луну или дальше, нет и смысла в создании сверхтяжелых ракет. Единственное недавнее исключение – ракета Falcon Heavy, но ее предполагают эксплуатировать в режиме многократного использования первой ступени и боковых ускорителей. В многоразовом режиме Falcon Heavy – уже тяжелая ракета без приставки «сверх-». Большинство будущих проектируемых сверхтяжелых ракет ориентировано на возобновление полетов людей на Луну.

В 1970-е годы, после успеха лунной программы, американская космонавтика находилась в состоянии выбора дальнейшего магистрального пути развития. NASA ожидало, что освоение Луны будет только расширяться, но руководство государства уже достигло политической цели – продемонстрировало миру превосходство над СССР в космосе. Советский Союз также отказался от Луны, даже научные исследования автоматическими станциями были свернуты после 1976 года. Государственное руководство США не видело никакой целесообразности в продолжении полетов Saturn V. Взамен NASA предложило проект многоразовой ракетно-космической системы Space Shuttle, которая была достаточно амбициозной, могла выполнять как гражданские, так и военные задачи в космосе.

Многоразовость Space Shuttle обещала снижение стоимости космических полетов. В сравнении с одноразовым Saturn V, чей запуск оценивался в $1 млрд, шаттл казался удобным и выгодным средством. В его разработке применили весь опыт, полученный в лунной программе, но добавили множество нововведений. Одно из них и «похоронило» двигатель F-1.

Твердотопливный ускоритель (Solid rocket booster, SRB), пара которых применялась на шаттлах, оказался мощнее, чем F-1: его тяга 1350 т. SRB был возвращаемым – после исчерпания запаса твердого топлива он приводнялся на парашютах в океан, и выловленные корпуса отправлялись на завод-изготовитель. Хотя позже от практики многоразового использования твердотопливных ускорителей отказались, но на этапе создания многоразовой системы у