Вспоминая цифры и "развесовку", приведенные в первой части задача многократного использования носителя формулируется следующим образом - должно быть многократное использование "сухой" части ракеты. К ней, напомним, относятся двигатели, баки, оболочка, все соединения, вся механическая часть и т.п.
В идеале это должно выглядеть так: заправили ракету на Земле, запустили, она, потратив топливо, вывела полезный груз на орбиту и после этого не грохнулась куда-то там в степь/тайгу/океан, а приземлилась. Ее обслужили, снова заправили, установили полезный груз - и запустили снова.
Сложность тут следующая - эту самую "сухую массу" требуется спустить на Землю из космоса, то есть с весьма большой высоты. Наверное, для многих окажется новостью, что все успехи космонавтики пока связаны только с отправкой грузов на орбиту. Возвращать на Землю до определенного момента умели только небольшие капсулы. В них на Землю доставлялись небольшие грузы (например пленка со спутников фоторазведки), или космонавты/астронавты.
Основная проблема возврата заключается в очень сильном нагреве объекта, который пускается на Землю с орбиты. Напомним - орбитальная скорость составляет значение порядка 7 километров в секунду. Для посадки ее необходимо уменьшить до нуля. Как это сделать? Можно использовать двигатели - только развернуться "соплами вперед". Но простая физика подсказывает - если нам требуется сотня тонн топлива для разгона, то и для торможения потребуется примерно столько же. Таскать на орбиту удвоенный запас - нет, это неприемлемо.
Второй вариант - трение. Даже относительно небольшой тормозной импульс, уменьшающий скорость на 1% вызывает переход космического аппарата на эллиптическую траекторию снижения. А потом приходится тормозить в атмосфере тем, что бог послал. А бог послал воздух, который, после достижения определенной плотности позволяет применить аэродинамическое торможение. То есть мы разворачиваем капсулу, условно говоря "поперек" воздушного потока и он ее тормозит. При этом, естественно, выделяется немалое количество энергии - она частично идет на ионизацию воздуха, об который мы тормозим (та самая плазма, из-за которой нарушается связь со спускаемым аппаратом), а остальное банально нагревает его корпус. Этому нагреванию и нужно противостоять. Задача облегчается тем, что нагрев неравномерный - условное "днище", которым, собственно, корабль и тормозит нагревается гораздо сильнее макушки. То есть - нужно максимально усиливать теплозащиту не всего корабля, а его части, плюс можно что-то придумать дополнительно - сбрасываемые теплозащитные экраны и прочий обвес.
А потом, когда основная скорость таким образом будет погашена - выпускаются парашюты и окончательная посадка осуществляется уже на них.
Все это нам нужно организовать, если мы хотим построить полностью многоразовую систему.
На самом деле задача проще, чем кажется - дело в том, что ракеты-носители в настоящее время имеют несколько ступеней. Первая, задача которой - оторвать ракету от земли, преодолеть плотные слои атмосферы и придать ей достаточную скорость для выхода на орбиту - работает до высоты 40-50 километров, после чего отделяется. Ее нужно спасать с примерно с 40-50 километровой высоты. Очевидно, что применительно к ней задача создания мощной теплозащиты и организации аэродинамического торможения не актуальна.
Вот вторая ступень, которая, собственно, и выводит полезный груз на орбиту всего этого требует. Иными словами, для создания полностью многоразовой системы нам необходимо создавать две системы спасения - отдельно для первой и второй ступеней, причем средства обеспечения многоразовости для них будут совершенно различны.
Первая, и на сегодняшний день единственная полная реализация этой схемы - американский челнок Space Shuttle. О нем и поговорим подробнее в следующей части.
Первая часть.
