Одноместный космический корабль: как проект превращается в реальность

Небольшая датская компания ведет амбициозный проект по созданию простого и дешевого одноместного космического корабля. Что представляет собой Tycho Deep Space и каковы его шансы на реальный полет? Рассмотрим детали.

Темой частной космонавтики сегодня мало кого удивишь, но полноценный одноместный космический корабль – это все еще необычно.

Разработкой именно таких "космических авто" занимается небольшая компания Copenhagen Suborbitals, которая насчитывает всего 45 сотрудников. Это открытый некоммерческий проект, основанный на энтузиазме волонтеров и финансируемый за счет пожертвований спонсоров. Небольшой одноместный корабль, простой и дешевый, должен вдохновить людей и продемонстрировать, что полет в космос – это не обязательно сложное многомиллионное мероприятие, требующее дорогостоящей инфраструктуры.

Надо сказать, что энтузиасты из Дании не просто чертят фантастические планы на бумаге, а усердно работают над "железом". В итоге разработка одноместного космического корабля под названием Tycho Deep Space находится на той же стадии, что и "навороченного" корабля НАСА Orion – испытания полномасштабного макета.


Космическая малолитражка

Если сравнивать Tycho Deep Space, например, с Dragon SpaceX, то датский корабль - это малолитражка на фоне автобуса. Тем не менее, небольшой размер не всегда плохо. Для "любительского" проекта одно- или двухместный корабль предпочтительнее, поскольку более крупные корабли требуют больших ракет-носителей, запуск которых стоит огромных денег.



Космический корабль Тycho Deep Space – пожалуй, самый необычный частный проект дешевой системы для полета человека в космос

Идеология Copenhagen Suborbitals такова: меньше сложной электроники, больше надежной механики; использование доступных материалов, а не сверхдорогих лабораторных изделий; лучше убавлять, чем добавлять (отказ от лишнего оборудования ради уменьшения веса и габаритов). Но, разумеется, вся эта экономия не должна отрицательно сказываться на безопасности полета.

Сначала датчане разработали одноместный космический корабль Tycho Brahe, в котором космонавт должен лететь стоя. Вместе с космонавтом этот корабль должен весить около 300 кг при герметизированном объеме 650 литров. Летать в такой тесной "душевой кабине", где даже руками пошевелить сложно, видимо, не слишком приятно. В общем, по ряду причин "стоячий" Tycho Brahe до сих пор не поднимал человека в космос, но работа над этим проектом продолжается.



В момент старта пассажир космического корабля находится в положении лежа

Новый корабль под названием Tycho Deep Space выполнен по традиционной схеме, схожей с конструкцией спускаемого аппарата Apollo. В готовой к полетам в космос версии одноместного корабля космонавт будет находиться в положении полулежа в противоперегрузочном кресле. Переносить перегрузки в таком положении намного проще, чем стоя. Вход и выход осуществляется через прямоугольный люк с иллюминатором. Весь корабль вместе с космонавтом будет весить всего 500 кг.


Некоторое беспокойство вызывает проблема гашения вибраций во время старта. Человеческий организм не способен выдержать сильные вибрации, что требует тщательной инженерной проработки конструкции ракеты-носителя и космического корабля. Например, для ракеты-носителя Ares-1 специалистам НАСА пришлось разрабатывать специальную систему рессор для гашения вибрации, а в итоге проект вообще закрыли.

Торможение Tycho Deep Space обеспечивается четырьмя парашютами площадью 150 кв. м, а для приземления на воду есть надувные поплавки. В корабле минимум электроники – радиостанция и система жизнеобеспечения с комплектом аккумуляторов. Ну а алюминиевый корпус корабля вообще состоит всего из 12 крупных деталей.

Датчанам необходимо учесть проблемы с вибрацией, да к тому же смягчить удар в момент приземления. По словам космонавтов, летавших на кораблях "Союз", иногда этот удар сравним с падением на спину с двухметровой высоты. Разработчики из Copenhagen Suborbitals заявляют, что их корабль рассчитан на рабочую перегрузку 10 G во время запуска и удар во время приземления.

Пока испытывается только спускаемый аппарат под названием Tycho Deep Space 1, но скоро начнется постройка "полноценной" версии под номером 2, которая будет иметь дополнительный негерметичный служебный отсек. Эта версия будет немного меньше в диаметре (1,6 м), и пассажир разместится в ней полулежа, а не горизонтально, как в первой версии.

Ракета-носитель

Copenhagen Suborbitals разрабатывает несколько ракет. Вместе с Tycho Deep Space 1 пока испытывают только вторую ступень, которая имеет необычную конструкцию: корабль диаметром 2 метра подвешен к ракете LES диаметром 64 см снизу. Это решение применяется на системах спасения в различных кораблях, включая, например, российский "Союз". Однако ракета LES намного мощнее и сама по себе может поднять с земли корабль на высоту до 1 км. Такая мощь влечет ряд очевидных проблем: двигатели "жарят" корабль, а критически важная деталь - стыковочный узел корабль/ракета - испытывает повышенные нагрузки. С другой стороны, облегчаются испытания корабля: с помощью LES он может взлетать высоко, при этом тестируется конструкция корабля, вторая ступень и система спасения.



Ракетный двигатель, разработанный в Copenhagen Suborbitals, имеет очень простую конструкцию


Для полетов на низкую околоземную орбиту система LES-Tycho Deep Space будет установлена сверху на более мощную ракету-носитель диаметром 1,6 м. В данном случае LES будет использоваться как вторая ступень и как система эвакуации корабля в случае нештатной ситуации.

В качестве топлива для ракеты LES используется твердое горючее на основе эпоксидной смолы и окислитель закись азота. Выбор топлива обусловлен желанием использовать максимально дешевое нетоксичное горючее. Устройство двигателя максимально простое: сварная камера сгорания с соплами, размещенными под углом к продольной оси. Никаких насосов, клапанов и прочих сложных и ненадежных узлов нет.

В другой ракете, HEAT-2X, изначально предназначенной для "стоячего" корабля Tycho Brahe, датчане планируют использовать в качестве топлива спирт, а в качестве окислителя жидкий кислород.

План миссии

Дания - страна маленькая и густонаселенная, поэтому Copenhagen Suborbitals запускает ракеты с морской платформы. Это создает известные трудности, но не исключено, что если проект будет успешным, разработчики все-таки найдут более надежную стартовую площадку.



Схема полета космического корабля Тycho Deep Space, пристыкованного к ракете LES

После выработки топлива первой ступени произойдет ее отстыковка от корабля, для этого будет использована простая и надежная пиротехническая система. После этого отработает и отстыкуется вторая ступень LES. Затем космический корабль начнет снижение по баллистической траектории, выпустит тормозной парашют, снизит скорость и откроет основные парашюты. После приводнения надуются поплавки и затем Tycho Deep Space поднимут на борт спасательного судна. Интересно, что корабль входит в воду под небольшим углом – это снижает силу удара о воду. В перспективе разработчики хотят использовать вместо тормозных парашютов ракетный двигатель.


Единственного члена экипажа Tycho Deep Space правильно будет называть не пилотом, а пассажиром, поскольку он никак не влияет на траекторию своего корабля. Тем не менее, он сможет управлять ориентацией корабля для гашения вращения, во время подготовки к входу в атмосферу, ну и, если будет возможность, - для обеспечения максимально живописной картины в иллюминаторе.

Испытания

Инженеры Copenhagen Suborbitals провели множество испытаний различных систем своего необычного космического комплекса. Успешно испытаны парашюты, причем с участием человека, проведены сбросы корабля на воду, огневые испытания двигателя ракеты-носителя.



Испытание системы отделения корабля от ракеты

В августе 2012 года состоялся первый запуск корабля Tycho Deep Space с манекеном на борту. Это был запуск с помощью опытной ракеты LES. Надо сразу сказать, что первый полет ракеты-носителя с прикрепленным снизу кораблем, названным "Красивая Бетти", закончился неудачно. Практически сразу поле старта ракета стала заваливаться на бок и на высоте около 350 м начала кувыркаться. Испытатели даже не могли отстыковать корабль, поскольку правила безопасности запрещали это делать до выработки топлива – ракета могла упасть на жилые районы. На нисходящем безопасном участке траектории корабль удалось отстыковать и появилась возможность хоть как-то проверить работу парашютной системы.



Первое испытание ракеты-носителя и корабля Тycho Deep Space

Пиропатроны сработали отлично - Тycho Deep Space успешно отделился, однако из-за малой высоты и недостаточной скорости корабля основные парашюты развернулись нештатно и лишь частично замедлили падение корабля. Сильный удар о воду вывел из строя радиоприемник надувных баллонов, которые должны обеспечивать плавучесть спускаемого аппарата. Кроме того, от удара смялось днище корабля с теплозащитным щитом. Корпус корабля остался герметичным, однако кроме нижней части деформировалась одна боковая стенка – как раз в районе ног манекена. Амортизирующее кресло, аккумуляторы и электроника также были повреждены.




Несмотря на то, что основная цель запуска не была достигнута, испытания прошли во многом успешно. Отлично работала система управления, отстыковки корабля, парашютная система смягчила удар даже в такой экстремальной ситуации. Расчеты с применением методик НАСА показали, что сила удара была очень большой – перегрузки дошли до 100 G. Тем не менее, это в так называемой зоне выживания, то есть до 175-200 G, когда голова человека уже не выдерживает мгновенной перегрузки. Таким образом, в случае аналогичной катастрофы пилот Тycho Deep Space получил бы серьезные повреждения, например, переломы ног, рук, позвоночника, но, скорее всего, остался бы жив.



Повреждения, полученные после жесткого приводнения

Причиной дестабилизации ракеты, вероятно, было резкое изменение центра тяжести по мере выгорания топлива. Кроме того, осмотр ракеты показал, что одно из семи отверстий для подачи окислителя почему-то осталось закрытым. Видимо, это привело к снижению тяги, неравномерному сгоранию топлива и разной тяге на соплах. При выбранной конструкции ракеты-носителя, когда выхлоп двигателей идет под углом к продольной оси ракеты, это привело к быстрому заваливанию носителя на бок.

Космос для любителей

В настоящее время в Copenhagen Suborbitals дорабатывают ракету-носитель и космический корабль. Даже в канун Нового года, 30 декабря, проводился огневой тест двигателя ракеты для носителя Tycho Brahe, работающий на спирте и жидком кислороде. Двигатель проработал 20 секунд и выдал максимальную тягу 80 кН (8158 кгс). Конструкция совершенствуется, готовится новое летное испытание. В 2013 году планируется сброс Тycho Deep Space с большой высоты на территории Литвы. Также начнется постройка второго аппарата - Тycho Deep Space 2, состоится запуск твердотопливной ракеты LES для отработки парашютной, расстыковочной и других систем корабля.


Каким бы ни был итог этой интересной и амбициозной разработки, можно с уверенностью сказать, что датчане продемонстрировали всем возможность реализации серьезного проекта силами небольшой группы энтузиастов. Еще 20 лет назад пилотируемые космические полеты были доступны лишь сверхдержавам с огромным промышленным и научным потенциалом. Не исключено, что еще через 20 лет полеты на околоземную орбиту станут рутинной работой для десятков частных извозчиков.