Новый американский грузовой шаттл готовится к первому полету к МКС

Компания Sierra Space (ранее известная как Sierra Nevada) завершает создание многоразового грузового шаттла Dream Chaser («Ловец снов») для доставки грузов и оборудования на Международную космическую станцию, а также возвращения результатов экспериментов на Землю.

Крылатый корабль

Dream Chaser – небольшой многоразовый космический корабль длиной 9 м, оснащенный складным крылом размахом 7 м, который может запускаться на низкую околоземную орбиту с помощью одноразовой ракеты-носителя (сначала рассматривался Atlas V, сейчас Vulcan компании United Launch Alliance). Изначально корабль разрабатывался в пилотируемом варианте, способном доставлять на орбиту семь членов экипажа. Но в 2014 году заказчик (НАСА) в конкурсе на коммерческую пилотируемую программу CCP (Commercial Crew Program) отдал предпочтение кораблям Dragon V2 и CST-100 компаний SpaceX и Boeing соответственно.

Sierra Nevada продолжила разработку мини-шаттла собственными силами, и в 2016 году НАСА выбрала грузовую версию Dream Chaser для доставки грузов на МКС.

Этот вариант сможет нести на орбиту полезную нагрузку до 5500 кг, из которых 5000 кг будут доставляться внутри герметичного фюзеляжа корабля, а 500 кг – в негерметичном грузовом модуле Shooting Star ("Метеор"). На Землю Dream Chaser сможет возвращать 1850 кг нагрузки и попутно утилизировать до 3400 кг (ненужное оборудование и мусор, который оставляется в грузовом модуле, сгорающем в атмосфере после отделения от корабля). Сам шаттл садится в планирующем варианте на обычную взлетно-посадочную полосу. В настоящее время его планируется приземлять на стартово-посадочную площадку старых шаттлов в Космическом центре имени Кеннеди во Флориде.

По заверению разработчика, наибольшая перегрузка, испытываемые кораблем и его содержимым при входе в атмосферу и посадке, составит всего 1,5 G. Поскольку шаттл будет приземляться в строго определенном месте, доступ к грузу возможен тотчас же после посадки – эта особенность важна для проведения некоторых экспериментов по влиянию микрогравитации.

Несмотря на то, что корабль напоминает Space Shuttle, на самом деле он основан на другом проекте НАСА – летательном аппарате с несущим корпусом HL-20, который более 15 лет прорабатывался в Исследовательском центре Лэнгли в Вирджинии для использования в качестве спасательной шлюпки для МКС. Когда в 2006 году НАСА полностью отказалось от этой концепции в пользу постоянно пристыкованных к станции кораблей «Союз» или Crew Dragon, результаты исследования были переданы Sierra Nevada. Уникальная особенность Dream Chaser – складные консоли крыла, которые не только позволяют уменьшить ширину корабля при стыковке с МКС, но и позволяет разместить его внутри пятиметрового обтекателя любой ракеты-носителя.

В настоящее время завершается сборка первого Dream Chaser под названием DC-100 Tenacity («Упорство»). Он будет оснащен одноразовым грузовым модулем и должен выполнить первый полет к МКС в рамках контракта CRS-2 (Commercial Resupply Services-2) уже в начале следующего года. Предварительно запуск запланирован на 18 января.

Ожидается, что Dream Chaser выполнит как минимум семь беспилотных грузовых миссий по этому контракту. На орбите корабль стыкуется с МКС с помощью стыковочного узла в хвостовой части грузового модуля. После открытия люка астронавты получают доступ не только к этому модулю, но и ко внутреннему отсеку самого шаттл. После разгрузки астронавты смогут загрузить корабль результатами экспериментов, а грузовой модуль – отработанным оборудованием и мусором, который будет утилизироваться при возвращении на Землю.

Вскоре Tenacity вместе с модулем Shooting Star планируется отправить в Исследовательский центр НАСА имени Гленна в Огайо для проведения термовакуумных, вибрационных и акустических испытаний, после чего передать в Космический центр имени Кеннеди во Флориде для окончательных проверок и подготовки к пуску в январе 2024 года с помощью новой ракеты-носителя Vulcan.

Sierra Space не отказалась от надежды сделать в перспективе пилотируемую версию корабля. Он будет называться Dream Chaser 200, станет чуть крупнее грузового варианта и получит немного измененную форму.

Новая теплозащита

Поскольку Dream Chaser примерно вчетверо меньше прежнего шаттла, при входе в атмосферу его самые напряженные части (кромки крыла, стабилизатора и носок фюзеляжа) будут испытывать повышенные тепловые нагрузки. При этом разработчики в качестве основы использовали теплозащитные плитки (ТЗП) старого шаттла.

По данным компании, Dream Chaser покрыт более чем двумя тысячами отдельных плиток. Для сравнения: на один корабль системы Space Shuttle приходится примерно 24 тысячи плиток.

Каждая из плиток на новом шаттле изготовлена из материала прочнее того, что использовался на прежнем, хотя все плитки делаются на основе тех же тонких стеклянных волокон, полученных специальной обработкой кремнезема и запекаемых впоследствии в печи «до стеклянной корочки».

Большая часть покрытия Space Shuttle имела белый цвет и на самом деле представляла собой лёгкие термоматы, а не плитку. Sierra Space использует плитки большего размера по сравнению со старым челноком. Каждая плитка Dream Chaser, хотя и немного отличается по размеру в зависимости от местоположения на летательном аппарате, имеет размер примерно 25.4 х 25.4 см, в то время как плитки Space Shuttle имели размер 15.2 х 15.2 см.

«[Каждая плитка] различается по размеру, форме, толщине и плотности», — заявили в Sierra Space, отметив и гораздо более существенные различия. «Стандартные плитки могут выдерживать температуру до 1420° C в течение нескольких циклов возвращения в атмосферу, а специализированные могут выдержать еще больше, но при однократном использовании», — сообщили в компании, говоря, что основное отличие с теплозащитой Space Shuttle – в специальной добавке к внешнему остеклованному покрытию, придающее плиткам разный цвет.

Плитки служат нескольким целям. Помимо защиты корабля при входе в атмосферу, они также помогут стабилизировать температуру внутри отсеков под прямыми солнечными лучами. В дневное время на орбите температура снаружи может достигать плюс 120° C, а плитки позволят поддерживать внутри комфортные условия для работы, проведения экспериментов и, в конечном итоге, для полета людей.

Что касается многоразового использования, то теплозащита "Ловца снов" потребует некоторой доработки между полетами (например, повторной пропитки диметилэтоксисиланом, чтобы обеспечить водонепроницаемость плиток). По словам представителей Sierra Space, «планируется повторная гидроизоляция плиток между миссиями, как это делалось на «большом» шаттле».