Нужна ли нам «Энергия»?

Некоторые позиции стратегической программы развития российской космонавтики комментирует давний автор «Химии и жизни», специалист по системному анализу А.В.Птушенко.

Так уж сложилось, что в нашей космонавтике изначально откристаллизовались две школы, два подхода к стратегии ее развития. Одна из них шла еще от Циолковского, убежденного сторонника «вырастания» космонавтики из аэронавтики; вторая произросла на ниве созданного в СССР нового вида вооруженных сил — Ракетных войск (ничего подобного ни в одной другой армии мира никогда не было — в США, например, ракеты поделены между армией, авиацией и флотом). Первая школа всегда грезила о многоразовых системах аэрокосмического типа, вторая придерживалась убеждения о всемогуществе одноразовых, чисто ракетных, вертикально стартующих систем. За обеими стояли видные авторитеты, крупные институты, большие коллективы специалистов, прочные традиции и жесткие парадигмы...

Рис.1

Разумеется, в главном обе школы едины: обе убеждены, что без космонавтики человечеству не выжить. Но в понимании основных путей реализации этого императива они существенно расходятся. Различны их взгляды на приоритеты тех или иных программ, на роль геостационарных спутников, неподвижно висящих над заданной точкой земной поверхности, на целесообразность форсирования пилотируемого полета к Марсу и создания ядерного ракетного двигателя, на перспективность для нашей страны многоразовых аэрокосмических систем и возможность переделки уже разработанных одноразовых ракет в многоразовые… Жаль, что эти важнейшие проблемы весьма уважаемый мной В.П.Сенкевич оставил, по сути, без внимания.
Начнем с самого, пожалуй, острого дискуссионного вопроса сегодняшней космонавтики — как быть с системой «Буран — Энергия», на которую уже затрачено, по одним данным, 16, а по другим — 40 млрд. руб. Довести ее до победного конца, раз уж в нее вложено столько средств и труда, или же — совсем наоборот?
В пользу первого решения есть вроде бы резонное соображение: американцы такую систему создали и более или менее успешно эксплуатируют — значит, и нам она нужна (раньше мы этому принципу следовали неуклонно). Но такой ответ кажется резонным только на первый взгляд.

Дело в том, что у нас не та география, не то стратегическое положение, как у США. Они со своих авиабаз могут «достать» всю европейскую часть бывшего СССР обычной фронтовой авиацией, нам же для выполнения аналогичной задачи понадобились бы сверхдальние самолеты, которых пока не существует. Значит, нам их должны заменить космические системы, в первую очередь целевые. Американцы, для которых такая проблема не стояла, могли заняться разработкой многоразовых транспортных систем, чья задача — выводить нужные объекты на нужные орбиты. Для нас же это — непозволительная роскошь.

Рис.2

«Спейс Шаттл», как и «Буран — Энергия»,— типичные транспортные космические системы, частично многоразовые («Шаттл» в большей степени, «Буран» в меньшей). Однако есть существенная разница. Стартуя с территории США, «Шаттл» может вывести на геостационарную орбиту до 1,5 т полезного груза: стартуя с нашей территории, он не выведет ничего!
Наша страна расположена гораздо севернее, чем США,— от нас до экватора, то есть до плоскости, в которой лежит геостационарная орбита, значительно дальше. С территории США можно выйти к экватору под углом 20 - 25º, с нашей — не меньше 48—50°. Байконур (ныне к тому же России не принадлежащий) находится на широте 48°, Плесецк еще намного севернее. А запущенная ракета способна без дополнительных маневров лететь только по ортодромии — дуге большого круга с центром в центре Земли, и угол, под которым она пересекает экватор, не может быть меньше широты точки старта. Чтобы повернуть ракету в плоскость экватора, при старте из Байконура понадобится в несколько раз больше топлива, чем при старте из Калифорнии или Флориды, и на полезный груз просто не хватит ее грузоподъемности: ведь все топливо, потребное для такого разворота, придется тоже, выводя на орбиту, сначала разогнать до первой космической...

Продолжим сравнение нашей системы с американской (рис. 1 и 2). Обе они имеют одноразовые первые ступени, которые после выработки горючего отделяются и падают на Землю. При старте «Шаттла» из Калифорнии его ускорители, никому не мешая, падают в Тихий океан, из Флориды — в Атлантический (рис. 3). У нас же им падать некуда: Байконур со всех сторон окружают населенные районы. Остается только пустынная Чукотка да кое-какие полигоны, которые пришлось выкроить в разных местах бывшего СССР. Из-за этого нам, в отличие от США, доступен лишь узкий диапазон азимутов запуска, а значит, и орбит с наклонениями от 50° до 60°. 
Еще хуже — то, что на орбитальном самолете «Буран» нет бортовых разгонных двигателей. Вот как происходит запуск «Шаттла» (рис. 4): при старте работают одновременно все двигатели, в том числе и двигатели орбитального самолета — они питаются кислородно-водородным топливом из бака. Твердотопливные ускорители первой ступени, отработав свое, отделяются и падают в океан (откуда их потом извлекают, приводят в порядок и снова пускают в дело), а самолет с баком продолжает разгон. Незадолго до выхода самолета на промежуточную, так называемую опорную орбиту, с которой потом будет стартовать «межорбитальный буксир», его опустевший бак отделяется и по расчетной, то есть строго определенной траектории возвращается в атмосферу, где благополучно сгорает, а самолет уже на собственных двигателях, питаемых из бортовых запасов топлива, дотягивает до опорной орбиты.

Рис.3-2

Рис.3-1

А с «Бураном» картина получается совсем иная. Поскольку на нем разгонного двигателя нет (создать мощный многоразовый ЖРД нам просто не удалось), его доставляет на опорную орбиту вторая ступень ракеты-носителя «Энергия». И естественно, сама на этой орбите остается. Со временем из-за сопротивления атмосферы, хотя и крайне разреженной, скорость ее падает, и она устремляется к Земле. По абсолютно не поддающейся расчету траектории: слишком много на нее действует случайных факторов. Когда вторая ступень входит в плотные слои атмосферы, кое-что сгорает, но двигатели сгореть не могут, они рассчитаны на куда более высокие температуры. И падают на поверхность Земли — куда придется... Вес их, между прочим,— не одна тонна. 
Вывод напрашивается один. Нам нужен не «Буран» с «Энергией», а аэрокосмические системы с многоразовой крылатой первой ступенью — самолетом-разгонщиком, снабженным воздушно-реактивными двигателями наподобие авиационных. Такая система и к экватору вывезет, и отчуждать земли для падения первой ступени не нужно будет, и вторая ступень никому не свалится на голову. К несчастью, мы преуспели только в теоретической разработке таких систем (в чем я тоже принимал участие), но спасовали перед воистину великими трудностями их создания. Американцы же, которым они не так остро необходимы, и здесь уже готовы нас опередить.
Одноразовые же, чисто ракетные системы, столь любимые нашей «ракетной» школой,— это, в сущности, великое расточительство. Не рискну сказать, что ракетчики этого не понимают — понимают, но делают свои выводы. Сегодня они видят выход в придании многоразовости уже созданным одноразовым ракетам, в том числе и «Энергии». Однако принципы проектирования многоразовых и одноразовых летательных аппаратов — это, выражаясь по-одесски, «две большие разницы». За многоразовость приходится платить весом конструкции, для ракеты же он должен быть наименьшим из возможных, иначе ей просто не хватит топлива на разгон. Многоразовый летательный аппарат обязан использовать воздух (как среду для создания несущих и управляющих сил, как рабочее тело двигателя, как окислитель), для ракеты же атмосфера — лишь досадная помеха, все ее преимущества проявляются лишь в безвоздушном пространстве. Так что этим путем, пытаясь скрестить курицу с тигром, идти бесполезно.

Рис.4

Ракету «Энергия», конечно, можно использовать и одну, без орбитального самолета «Буран». Скажем, для вывода на опорную орбиту крупных и тяжелых объектов. Но при этом дадут себя знать все органические недостатки одноразовых ракет-носителей, о которых уже говорилось.
Выход из тупика один: надо создавать многоразовые системы с крылатыми первыми ступенями самолетного типа.
Несколько соображений о других приоритетах нашей космической программы. Сегодня нам, как и всему человечеству, нужно в первую очередь позаботиться о решении глобальных проблем — энергетических, экологических и многих других. Без помощи космонавтики их, очевидно, не решить. Но именно поэтому многие исследовательские программы, в том числе полет к Марсу, сегодня никак нельзя признать первоочередными. Жизнь доказала правоту крупнейшего американского теоретика-инженера К.А.Эрике, который еще двадцать лет назад писал, что приоритет должен принадлежать освоению околоземного космоса с целью пополнения энергетических и вещественных ресурсов человечества и преодоления энергетического кризиса. Суть его не сводится к нехватке энергоносителей — нефти или угля, она гораздо глубже и опаснее для человечества. На поверхности Земли можно развивать энергосистемы только до определенного предела, чтобы не допустить перегрева атмосферы. Обойти это ограничение, не прекращая роста потребления энергии, можно единственным способом — вывести энергосистемы за пределы атмосферы. Здесь первичным источником энергии будет служить Солнце. Его лучистая энергия с помощью солнечных батарей может быть превращена в электрическую, которую остронаправленные антенны передадут в виде микроволнового излучения на энергоприемники, расположенные на поверхности Земли. При определенных условиях это излучение совершенно не будет взаимодействовать с атмосферой...
Что касается планируемого возобновления работ по созданию ядерных ракетных двигателей, то здесь можно высказать следующие соображения. С одной стороны, только такие двигатели достаточно экономичны, то есть могут производить на единицу массы топлива работу, достаточную для дальних полетов вроде марсианского. Но с другой стороны, здесь возникают те же трудности, что и с земной атомной энергетикой: неясно, как обеспечить безопасность и что делать с радиоактивными отходами. Если речь идет о пилотируемых аппаратах, то для них проблема биологической защиты оказывается практически непреодолимой. И раз уж мы говорим, что полет к Марсу сейчас не следует считать остро приоритетным, то и работы над ядерным ракетным двигателем вряд ли можно признать безотлагательными.
Конечно, на ограниченной журнальной площади невозможно рассмотреть все проблемы отечественной космонавтики, того заслуживающие. В заключение хотелось бы добавить только одно. Упаси нас Бог от того, чтобы перевести космическую промышленность на клепание кастрюль! Затраты на космонавтику необходимы, если мы хотим сохранить жизнь на Земле. Только нужно обоснованно и четко определить, на что именно следует тратиться. По мнению тех, кто, как я, принадлежит к школе Циолковского — Цандера — Эрике, космонавтика — это прежде всего возможность использовать внеземные источники энергии и вещества. Это и должно определять нашу стратегию на ближайшее будущее.

«Целесообразно и выгодно» 

В начале 1993г. Академия космонавтики им. К.Э.Циолковского провела экспертизу состояния работ по многоразовой системе «Энергия — Буран». В состав экспертной комиссии вошли видные деятели отечественной космонавтики (в том числе и автор напечатанного выше интервью В.П.Сенкевич). Комиссия дала заключение о целесообразном направлении дальнейших работ. Чтобы ситуация с этой системой была ясна для наших читателей, приводим выдержки из заключения комиссии.

В начале 70-х гг. в мире начала складываться «качественно новая космическая обстановка. В США разрабатывалась многоразовая транспортная космическая система, позволяющая на порядок увеличить поток полезных грузов, выводимых на орбиту, и, самое главное, возвращать из космоса на Землю тяжелые космические объекты... Намечался… технологический прорыв в стратегическом вооружении, подобно изобретению в свое время атомной бомбы нарушающий сложившееся стратегическое равновесие…

Естественно, в условиях гонки стратегических вооружений... единственно правильным решением было создание адекватной системы... Таким образом, с точки зрения той обстановки и существовавших в 1976г. реалий решение о создании многоразовой космической системы (МКС) «Энергия — Буран» было обоснованным и вынужденным решением.
...С позиций современной политической обстановки... может возникнуть вопрос, а не зря ли мы вложили 14,1 млрд. руб. в эту программу?..
Создание МКС «Энергия — Буран» — это перспектива развития транспортных космических cредств, это будущее развитие космической и авиационной техники, объединяющей в себе все передовые принципы и достижения космонавтики и авиации. Создание систем «Спейс Шаттл» и «Энергия — Буран» явилось качественным прорывом в новую технологию... Следовательно, затраченные на создание МКС «Энергия — Буран» средства не легли напрасным бременем на бюджет, а решили важную для нашей страны задачу по качественному и перспективному развитию авиационно- космической техники.
Во-вторых, помимо перспективных достижений, работающих на будущее России, создание МКС «Энергия — Буран» имеет и чисто прагматическое значение. Ее конструктивно-технологическая база позволяет создать целый ряд перспективных, экологически чистых и с высокими характеристиками носителей...
В-третьих, использование новых технологических решений, полученных при создании МКС «Энергия — Буран», в народном хозяйстве... даст непосредственный и прямой экономический эффект, величина которого в 2000г. оценивается суммой 14 млрд. руб. (в ценах 1989 .)...
...Как видно из сказанного, разработка МКС «Энергия — Буран» была не только вынужденным, но и весьма полезным для развития отечественной космонавтики и технологического потенциала страны решением.
...Многоразовая космическая транспортная система «Энергия — Буран», так же, как и «Спейс Шаттл»,— первый крупный уже состоявшийся шаг в этом направлении, и от нас зависит, пойдем ли мы дальше... или остановимся на полпути из-за временных трудностей и добровольно, под предлогом разумной экономии, уйдем из международного авиационно-космического рынка с несбыточной надеждой вернуться в хорошие времена. При современных темпах развития ракетно-космической техники остановиться — значит отстать, и отстать навсегда...

...Как быть с МКС «Энергия — Буран» дальше? Закрывать ее или заканчивать разработку и начинать эксплуатацию?
На первый взгляд, самым простым и, казалось бы, благоразумным со всех точек зрения, как считают некоторые руководители, была бы приостановка работ по этой системе на 8—10 лет в надежде, что к тому времени экономика страны окрепнет и появится возможность финансирования такой дорогостоящей программы. Однако нельзя тешить себя надеждой на благоприятный исход такого простого решения. За этот промежуток времени весь комплекс созданных наземных объектов и сама МКС «Энергия — Буран», в том числе и универсальный сверхтяжелый носитель «Энергия», по существу, погибнут физически и морально…

Наоборот, принятием трудного решения о завершении разработки системы «Энергия — Буран» Российская Федерация сохраняет поступательное развитие отечественной космонавтики и тот высокий научно-технический потенциал, который вывел ее в разряд передовых... И как бы трудно ни было с выделением средств на продолжение работ по созданию и эксплуатации МКС «Энергия — Буран», их целесообразно и выгодно изыскать. Пусть первое время в минимальном количестве, но достаточном, чтобы это перспективное направление космонавтики могло развиваться»…