Наверняка, вы знали, что в 1991 году на космическом шаттле Atlansis в космос полетел первый Макинтош — это был почти ноутбук Macintosh Portable. Главное требование к разработчикам было, чтобы он под сиденье самолета помещался.

А вот что вы, скорее всего, не видели — это как он в условиях невесомости выплевывает дискету из привода. Во-первых, это... стремительно и ровно!

via

В предыдущих постах я обещал разъяснить - почему Шаттл незаменим. Обещания надо выполнять.

Вообще, почему Шаттл стал именно таким, каким мы его знаем? Ну ведь всем же понятно, что сейчас, что должно быть тогда, что нерационально строить систему, которая по весу вытягивает практически столько же, сколько русский "Протон", а на старте стоит намного дороже.

Дело в том, что Шаттл должен был стать частью целой системы, включавшей и станции, и космические буксиры, и прочее. И возить грузы он должен был в обе стороны - не только вверх, но и вниз. А Шаттл и Буран - единственные, кто мог спускать какой-то серьезный груз с орбиты вниз.

Вообще проблема посадки тяжелого груза занимала мысли людей задолго до космоса. В первую очередь с военными целями, конечно. Ничто не может сравниться по скорости переброски с переброской по воздуху. Доходило до забавного - к танку пытались приделать крылья и таскать за самолетом. В Союзе это пытались сделать с легким танком Т-60 (проект А-40, он же КТ-40. "Крылья танка"), англичане экспериментировали с Baynes Bat.

Итог был плачевный - аппараты были тяжелые, с отвратительной аэродинамикой, для них требовались пилоты высочайшего класса. Есть легенда, что пилотировавший этот самый А-40 летчик Анохин, после посадки процитировал Чкалова: "Садиться на этой штуке - всё равно, что целовать тигрицу - и опасно, и никакого удовольствия."

Многочисленные испытания, тесты и эксперименты показали - максимальная масса полезной нагрузки, которую можно относительно безопасно (и без применения систем, чей вес становился сопоставим с весом самой ПН) приземлить на парашюте на грунт с перегрузкой, не превращающей всё находящееся внутри в фарш - что-то около 8-10 тонн. Да, тот самый комплекс "Кентавр", система парашютной посадки для БМД-1, позволяющая посадить броню вместе с экипажем. И то, для посадки требовался целый каскад парашютов и реактивная система дотормаживания. Эта проблема, кстати потом аукнулась Энергии - из 65 с половиной тонн "сухого" (сразу после отделения от Энергии) веса одного блока А (боковые блоки) 14.7 тонн (22%, более чем пятая часть веса!) приходилась на систему спасения блока. Из этих четырнадцати целых, семи десятых тонн до Земли долетало 13.3 - без малого полторы тонны составлял вес топлива систем посадки - реактивных систем ориентации и посадочных двигателей. Хорошо было разработчикам Шаттла - выгоревший боковой бустер падал на 23 м/с, больше 80 км/ч в океан. Что бы сделалось пустой металлопластиковой бочке? А вот ни один ЖРД такой подарок судьбы как удар об воду на 80 км/ч не переживет. Ну и вдобавок. ванны с соленой водой ни одному ЖРД на пользу не пойдут - даже если оперативно выловить - вода попадет внутрь, заполнит все, куда только сможет просочиться - и оставит после себя соль. То есть - разбираем движок по винтику и долго-долго его моем. А потом - заново собираем. Учитывая затраты и сложности возникает мысль - а не дешевле новый сделать? Даже Маск свои случайно севшие на воду ступени (известно минимум два случая. когда ступень Фалькона успешно приводнялась прямо в океан) восстанавливать не стал.

И вот здесь Шаттл был незаменим - он мог вообще без дополнительных ухищрений, практически бесплатно (поскольку выведение Шаттла означало доставку на орбиту полезной нагрузки), вернуть на Землю 14.5 тонн груза. Лишь бы груз влез в грузовой отсек. Не требовалось ни сложной системы ориентации, ни системы деорбитирования, ни теплозащиты, ни каскада парашютов, ни посадочных двигателей, ни какой-то остроспецифической упаковки. Буквально можно было спустить груз, упакованный только в картонные коробки. Вдобавок, из-за высокого по космическим меркам аэродинамического качества перегрузки на спуске Шаттла колеблются в районе 1.5G. Сравните с 3-4G при "штатной" посадке Союзов или Драконов и до 8G - если Союз "сорвался" в спуск по баллистической, есть у них и такой режим посадки. А главное - отсутствует финальный удар об Землю. Посадочная скорость Союза в момент посадки что-то около 5 м/с. Это плюс-минус восемнадцать километров в час, все равно, что на велосипеде въехать в стену. Много что хрупкое такого подарка судьбы может и не пережить. А Шаттл возвращался весьма мягко и плавно, аккуратно касаясь полосы с минимальной вертикальной скоростью.

И второй момент. в котором Шаттл был незаменим. Это выведение больших хрупких грузов. Перегрузки в полете ракеты объясняются простой физикой - большая часть веса каждой ступени ракеты - это топливо. А двигатели имеют мощность, чтобы поднимать всю конструкцию целиком, да ещё и с запасом. К примеру, к моменту разделения пакета блоков первой ступени ракеты-носителя "Союз" РН весит около 107 тонн - а пять двигателей, 4 РД-107, и 1 РД-108 дают 480 тонн тяги. Лети ракета в вакууме - ускорение равнялось бы 4.3G, но ракета летит там, где ещё есть атмосфера - и перегрузки поменьше.

В среднем РН имеют пиковые перегрузки в 3-4G. Шаттл же имел предельную перегрузку в 3G, а при недовесе и использования специфических траекторий выведения (более затратных по расходу характеристической скорости, но менее нагруженных) - и вовсе мог ограничиться теми же 1.5G, как и на посадке.

Так вот. Без Шаттла мы не можем вывести на орбиту достаточно большую солнечную панель. Нет просто у нас кораблей, способных выводить плавно, и при этом обеспечить доставку сложенной панели до МКС безопасно, и ещё и привезти экипаж и системы поддержки (Канадарм), чтобы правильно всё это смонтировать. Поэтому сейчас, без Шаттла - нам даже не построить аналог МКС, сможем построить что-то поменьше и похуже - китайская станция Тяньгун - примерно потолок возможного для человечества на сегодня - потому что повторить даже ФГБ, функционально-грузовые блоки, детища без дураков гениального Челомея - мы, увы, не можем. Даже лежалую "Науку" мы чинили только потому, что построить с нуля не могли. А без ФГБ нам даже аналога Мира не видать как своих собственных ушей.

Остается надеяться на Маска с его Старшипом. Ну или на появление ещё одного истинного фанатика космоса с деньгами.

И ещё. После пуска комплекса "Энергия-Буран" НАСА задумались о проблеме "а как бы нам приспособиться выводить нагрузку на орбиту - не таская девяностотонный Шаттл?" А то русские сейчас влезут на рынок...

И даже такой проект был. Предполагалось, что когда двигатели Шаттлов начнут окончательно сдуваться - то их в последний раз используют в одноразовой схеме выведения контейнера с полезной нагрузкой на орбиту.

Но, поскольку конкурент тихо умер вместе со страной - то и проект Shuttle-Cargo благополучно уморили.

Следующий пост будет о Центавре и RL-10.

В первом посте этой серии накидали вопросов и спросили - отличался ли Буран от Шаттла, был ли он ухудшенной копией и вообще.

Так что начну с темы Бурана, а почему Шаттл до сих пор нечем заменить - оставлю на третий пост.

Для ЛЛ: нет, Буран не копия Шаттла, не ухудшенная версия и не клон. Они проектировались для выполнения схожих задач и потому имеют сходный внешний вид. Ковергентная эволюция. Общего у Шаттла и Бурана не больше, чем у акулы и косатки. Транспортная система "Энергия-Буран" появилась невовремя.

И дисклеймер: фоточки и картиночки тянуты с buran.ru

Ну а теперь с самого начала.

В Советском Союзе про программу "Спейс Шаттл", конечно, знали. Существует масса теорий. почему вообще решили строить аналог, от тупого обезьянничанья (типа, у американов есть, чем мы хуже?), до реальных опасений, что Шаттл могут использовать как бомбардировщик. Рассматривалось несколько вариантов, некоторые были похожи на Шаттл, как сейчас бы сказали - до степени смешения. Вдобавок, в отличие от американцев во главе с Максимом Фаже, которые за два года (70-72) проанализировали около 60 разнообразных вариантов компоновки. наши сразу решили "делаем Шаттлоподобное".

Это, например, ОС-120-5, один из ранних проектов, набросанных буквально на коленке. Ничего не напоминает? Проблем выявили тогда чуть более чем дохрена, в частности, проблемы с аэродинамикой - до прихода в проект авиационной НПО "Молнии" разработкой занималась НПО "Энергия", которая аэродинамикой всегда занималась по остаточному принципу, зато могла и умела в полеты разнообразного добра с малым аэродинамическим качеством. Говоря попросту - контора собаку съела на разнообразных летающих кирпичах и утюгах. В результате их проект оказался тяжелым, полная стартовая масса самого ракетоплана была 155 с гаком тонн, из которых груза только тридцать, посадочная - 89 тонн. Для сравнения сам Шаттл весит 132 тонны на старте и 93 на посадке. Поэтому в конечном итоге решением совместного научно-технического совета МОМ и МО от 29 июля 1975 г разработчикам сказали всё херня, переделывайте проведите оптимизацию основных тактико-технических характеристик и уточните облик МКС (не международной космической станции, а многоразовой космической системы).

Выглядит действительно как разожравшийся и огрузневший Спейс Шаттл. Дополнительные двигатели сзади-снизу - твердотопливные двигатели системы спасения.

Забрили проект по целому ряду причин - во первых, как это было популярно в Союзе - военные хотели что-то универсальное. А в проекте ОС-120 всплывала главная проблема Шаттла - то, что без самого орбитального самолета система не летала. Помнившим фиаско с Н-1 и понимающим, что всё может повториться (потому что уровень предполагаемых технических новаций был сопоставим), хотелось иметь возможность испытать носитель без космоплана.

Так же был понятен и отказ от твердотопливных бустеров. Во-первых, СССР от США в вопросе твердотопливных двигателей серьезно отставал. Во вторых, и это было важнее - предстояло летать на высоконаклонные орбиты. А чем выше наклон орбиты - тем до большей скорости надо разогнать аппарат, потому что всё меньшую прибавку дает вращение самой Земли. Тот же Шаттл при гипотетическом полете на полярную орбиту (это которая проходит через оба полюса, в реальности Шаттлы на неё так ни разу и не слетали) терял почти две трети грузоподъемности, вытаскивая не 29.5 тонн - а всего 12. Поэтому решили использовать хорошо отработанный керосин+кислород на первой ступени - что давало хороший выигрыш в эффективности. И, побочным, но не последним бонусом - снижение рисков для корабля.

Заодно перенос двигателей на бак и превращение бака в полноценную вторую ступень позволяло облегчить космоплан - ведь ему теперь нужно нести только собственный вес, на его конструкции больше не будет приходить нагрузка от бака, как если бы ему пришлось своими двигателями поднимать и себя, и внешний бак, как это делает Спейс Шаттл. Да и военные задавали вопрос - а зачем делать в разы более дорогую конструкцию, если выводим только в полтора раза больше "Протона"? Стыковку мы освоили - а два "Протона" всё ещё дешевле. Можем десять тонн заложить на маневровое и стыковочное оборудование - и всё равно будем в плюсе.

Следующий вариант предложили смешанный - ОК-92. По факту - трехступенчатую систему, с двигателями и на баке, и на космоплане.

Получилась "смесь ужа с ежом" , имевшая недостатки обеих систем, за исключением невозможности пуска в одиночном режиме носителя без ракетоплана, без достоинств.

В итоге - решили делать правильно - мухи ракета-носитель отдельно, котлеты ракетоплан отдельно.

В итоге, поскольку не нужно было возить на себе по космосу тяжелые маршевые двигатели - Буран превосходил Шаттл ещё и в орбитальных возможностях. Система орбитального маневрирования Шаттла была на ядовитых и высококипящих компонентах - Буран же использовал кислород-керосиновые двигатели ориентации и маневра, с вполне приличным удельным импульсом в 362 секунды и возможностью перезапуска до 5000 раз за полет. Шаттл же имеет намного менее эффективные вытеснительные двигатели с УИ всего лишь 316 секунд (для пустотного двигателя это очень мало). Для Бурана были доступны очень большие наклонения и широкий диапазон орбит - Шаттлы даже для полета к МКС пришлось сильно модернизировать, включая использование суперлегкого бака. И всё равно, для Колумбии, самого первого Шаттла - полет к МКС был на грани допустимых рисков - в реальности она так до МКС и не слетала.

Корма Бурана с двигателями орбитального маневрирования.

В итоге общего у Бурана и Шаттла - лишь аэродинамическая схема и размеры.

Вот так выглядит Буран

А вот так - Шаттл

Проблем при разработке Энергии было много. Главной проблемой - с водородом Советский Союз до того не работал. Много чего пришлось изобретать с нуля, и всё равно, бак Энергии был тяжелее и с худшим массовым совершенством (соотношением массы пустого бака к массе заправленного), чем даже самый первый бак Шаттлов, а их, так-то, было аж три версии, и до последней, SLW, superlitghweight - баку Энергии было как до Луны пешком.

При этом кое в чем водородные двигатели второй ступени Энергии, РД-0120б были совершеннее Шаттловских RS-25. В частности, это касалось привода турбонасоса, качавших кислород и водород в камеру сгорания. На выходе из турбонасоса горючего давление достигало 475 атмосфер. В отличие от одновальных турбонасосов, примененных Рокетдайном, советские разработчики применили двухвальный насос - более сложный и несколько более капризный, но зато начисто исключающий попадание горячего водорода в тракт окислителя безо всяких промежуточных камер с гелием. Двигатель получился удачным - итоговая версия выдерживала без переборки 4072 секунды работы за 9 перезапусков, из которых один - 1202с. Для сравнения - время работы двигателя в полете на самую энергозатратную орбиту - чуть больше 500 секунд.

С первой ступенью тоже было интересно. Расчёты показали, что для более тяжелой и более энергоемкой Энергии, даже при использовании четырех боковых блоков, а не двух, как у Шаттла, нужен жидкостный ракетный двигатель, который будет мощнее, чем F-1, и эффективнее его. Опыта разработки таких двигателей у СССР не было, и все понимали, что разработать камеру сгорания таких размеров в обозримые сроки не получится - её можно было создать только методом научного тыка, даже сейчас, при наличии суперкомпьютеров, адекватной математической модели происходящего в камере сгорания ракетных двигателей нет. Делать же методом научного тыка не позволяли бюджеты, а после фиаско с Н-1 любого, заикнувшегося о многодвигательной схеме, ждала бы Чукотка - страна испытывала острый дефицит конструкторов оленьих нарт. Поэтому, в КБ Энергетического машиностроения, которым поручили разработку, решили пойти на хитрость - сделать многокамерный двигатель. Опыт строительства многокамерных двигателей в Союзе был. Для того, чтобы вписать двигатель в ограниченный диаметр. пошли на хитрость - в дело снова пошел двухвальный комбинированный турбонасос горючего и окислителя., поставленный вертикально, а камеры сгорания разместили по углам. В двигателе использовали много наработок по РД-253, маршевому двигателю Протона, несмотря на применение другой топливной пары. В итоге с одной камеры сгорания снимали примерно 185 тонн тяги - что было вполне достаточно. Получился двигатель хоть и сложный - но с хорошим удельным импульсом в без малого 310 с у земли (F-1 давал лишь 263 с) и надежный, поскольку нагрузка на каждую камеру была не так и велика.

В итоге, собранная по пакетной схеме Энергия получила возможность вытащить на орбиту как космоплан - так и любую другую полезную нагрузку. Этим она сильно отличалась от Шаттла - Шаттл почти всегда летал недогруженным - габариты грузового отсека не позволяли. До аварии Челленджера были даже изрядно наркоманские проекты с полезным грузом на вершине бака Шаттла. Энергия же могла тащить что угодно - лишь бы укладывалось в вес.

Теперь о самом главном - о безопасности. Комплекс "Энергия-Буран" был намного безопаснее Шаттла. Обе катастрофы, убившие Челленджер и Колумбию - были попросту невозможны с Энергией-Бураном.

Начнем с аварии Челленджера. Как известно, на 60 секунде после старта горячие газы из двигателя окончательно пробили боковую стенку бустера и начали прожигать внешний топливный бак. С этого момента и до взрыва бака прошло 12 секунд. Представим, что на месте Челленджера - Буран. На 60 секунде полета разрушается камера сгорания двигателя одного из блоков А, струя горячих газов начинает бить в бак. Что происходит? Система пожаротушения двигателя регистрирует пожар в двигательном отсеке и начинает продувать отсек двигателя фреоном и азотом с расходом в 30 кг/с. Поскольку за две секунды (это 62 секунда полета, бак ещё цел, он прогорит лишь на 64 секунде) пожар не потушен - автоматика выключает двигатель и аварийно сбрасывает окислитель из проблемного блока за борт, облегчая ракету. В принципе, на пределе возможного даже на трех двигателях из пакета первой ступени Энергия могла вытащить Буран на низкую одновитковую орбиту. Миссия проваливается, но корабль и люди остаются живы и здоровы.

Теперь представляем Буран на месте Колумбии. Могло ли что-то отвалиться от носителя?

Нет, не могло. Бак Энергии не покрывался пеной - будучи менее высокотехнологичным и более тяжелым, чем баки Шаттлов, бак центрального блока Энергии не имел внешней оболочки из пены. Нечему было падать.

Ну и последний вопрос - была ли у "Энергии-Буран" перспектива?

Я думаю, что да. Этому комплексу просто не повезло, он появился в неудачное время. Появись этот комплекс на десять лет раньше, в 78-м - и тогда огромный грузовой потенциал Энергии позволил бы забить "гол престижа" в лунной гонке, "размочить счёт", проведя хотя бы одну пилотируемую высадку.

Появись Буран на десять лет позднее, в 1998, когда уже началась история МКС - "Зарю вполне мог вывести "Буран". А затем можно было бы Энергией выводить намного более крупные и эффективные научные блоки - и сейчас на МКС было бы не по пять-семь человек, а по десять-пятнадцать. И к Луне, пусть даже совместно с американцами, мы бы уже снова начали летать.

Возможно ли сейчас "воскресить" Буран? Нет, потому что разорваны технологические цепочки. Можно лишь спроектировать с нуля нечто похожее. Как минимум - отказавшись от водорода - пример Маска с его многоразовыми кислород-керосинниками и метан-кислородниками показывает, что водород как топливо для маршевых двигателей попросту больше не нужен.

Внизу я запилю два поста-вопроса - о чем следующий пост - почему без Шаттла мы не можем даже повторить МКС или история Центавра и RL-10. Какой пост наберет больше плюсов - тот и запилю следующим.

Одной из причин, по которой полеты Шаттлов стоили так дорого и от них, в результате, отказались, были постоянные тщательные проверки на дефекты покрытия потому, что катастрофу Колумбии никто повторять не хотел.

К сожалению, проверка на дефекты покрытия была самой малой из проблем Шаттлов. К тому же, проверять надо было в полете - никакая дефектовка на Земле не спасла бы Колумбию, которую убили её собственные твердотопливные бустеры ещё на старте, тряханув в момент зажигания бак так, что от него в итоге обшивка полетела. Каковая обшивка и проломила крыло.

Вообще вся программа "Спейс Шаттл" - история, как кроилово привело к попадалову и иллюстрация поговорки "Скупой платит дважды" .

Начать хотя бы с главных "убийц программы" - твердотопливных бустеров. Да, именно бустеры убили Шаттлы - и Колумбию, и Челленджер. Челленджер прямо, Колумбию опосредовано. Что ты несешь, скажете вы мне,  Колумбию убила пена! Нет. Колумбию убили бустеры. И вот почему.

Твердотопливный бустер имеет два принципиальных недостатка для пилотируемого полета - его нельзя отключить и его нельзя регулировать по тяге иначе, как на этапе отливки шашки топлива.

Из-за этого на старте бустеры врубались сразу на полную катушку. В итоге на крепления  бустеров к баку (откуда и отломился тот кусок пены) в момент старта приходила чудовищная ударная нагрузка в 4/5 тяги системы. Почему? А потому что жидкостные двигатели Шаттла запускались и выходили на полную мощность ещё до отрыва от стартового стола, а за стартовый стол Шаттл держался только бустерами. В итоге, за миллисекунду до старта на крепления бака к бустеру приходится нагрузка, равная примерно 270 тоннам (заправленный бак и Орбитер весят примерно 860 тонн, развиваемая двигателями орбитера тяга равна 591 тонне). И тут ХЕЕЕРРРАКСЬ! - зажигаются оба бустера, и нагрузка растет скачком, переваливая за 2000 тонн! (2600 тонн тяги бустеров минус 591 тонн тяги маршевиков). Неплохо так, скачок нагрузки в десять раз меньше чем за секунду.

Естественно, такой скачок нагрузке приводил к деформации, упругой, но. Пена переживала деформацию намного хуже стали. И отрывалась. Итог известен.

Но почему использовали твердотопливные бустеры? Почему не стали применять жидкостные двигатели? Ответ прост - пытались сэкономить.

Предыдущая пилотируемая космическая система Штатов была запредельно дорогой - корабль Аполлон и носители серии Сатурн стоили совершенно немеряных денег. НАСА хотело что-нибудь подешевле - после выигрыша "лунной гонки", на фоне расходов на Въетнам и общих проблем в экономике, бюджет НАСА зарезали в разы. Давать "на космос" чуть ли не 10% госбюджета, что и позволило создать "Сатурн", Конгресс больше не был готов. В итоге НАСА решили (и в общем, правильно) что выкидывать в каждом пуске десятки тонн сверхдорогого высокотехнологичного железа - расточительно, и надо думать о многоразовости. Особенно - самого дорогого - первой ступени.

Проблема была проста как валенок - не умели сажать в автоматическом режиме. Испытания показали. что максимум, до чего можно затормозить большую и тяжелую бочку парашютами в автоматическом режиме - это 23м/с. Примерно 80 км/ч. Ни один ЖРД ни сейчас, ни тогда, такого подарка судьбы пережить не мог. Второй проблемой была цена. Требовался очень мощный двигатель, а повторить разработку F-1, когда оптимальную форму камеры сгорания искали буквально методом научного тыка, взрывая по восемь экспериментальных камер сгорания в неделю - не было денег. В многодвигательную схему, после известий о феерических провалах Союза с Н-1 (включая мощнейший неядерный взрыв в истории на тот момент, когда второй экземпляр Н-1 рухнул прямо на стартовый стол и только чудом никого не убил), тоже не очень верили. В итоге решили делать твердотопливный бустер. Big Dumb Rocket. Решалось две проблемы - на твердотопливных бустерах большой тяги НАСА на тот момент съела уже пару лаек и чихуахуа - Титаны и Дельты летали вполне успешно, а во вторых - пустая металлопластковая бочка бустера спокойно переживала падение в океан на скорости под сотню км/ч. Кстати - тормозили об воду оригинальным способом - бустер падал хвостом вперед, вода поступала через дюзу внутрь бустера, сжимая воздух внутри него. Получался эдакий амортизатор, плавно тормозящий почти девяностотонную конструкцию, и заодно - не дающий ей утонуть.

Но и кроме пены у Шаттла была ещё куча проблем. Например, двигатели RS-25 были многоразовыми весьма условно - после каждого полета их приходилось снимать с Шаттла, разбирать до последнего болта, дефектовать, менять кучу всего понавыходившего из строя и собирать обратно.  Причина - в невероятной инженерной сложности конструкции. В частности, в турбонасосе кислорода использовался жидкий гелий под огромным давлением. Спросите - зачем? А дело в том, что турбонасос окислителя крутила турбина, приводящаяся горячим восстановительным газом - а если проще - разогретым до нехилой температуры водородом с примесью водяного пара. А водород - это такая погань, которая умеет просачиваться в любую щель, через любое уплотнение. А теперь вопрос - что будет, если раскаленный водород найдет себе тропку вдоль вала турбины и попадет в качаемый турбонасосом кислород? Правильно, будет очень большой БАБАХ, после чего турбонасос разуплотнится, а двигатель в лучшем случае заглохнет. Поэтому на валу турбонасоса поставили промежуточную камеру - и в неё качали гелий под давлением больше, чем в самой турбине - чтобы в случае чего давал утечку гелий, а не водород.

Далее. Применение водорода самого по себе. Да, пара водород-кислород дает офигительно высокий удельный импульс. Это плюс. Минус в том, что в формуле Циолковского, критическом уравнении, описывающем выход на орбиту, кроме УИ двигателя, есть ещё разница между массой заправленной системы и масса пустой. И чем больше эта разница - тем лучше. И вот тут всплывает другая проблема водорода. Он очень, очень, очень легкий. В итоге, для того чтобы взять большую массу водорода - нужен очень большой в объеме бак. А большой бак - тяжелый бак. А нам нужно, чтобы масса пустой системы и масса заправленной - различалась как можно больше.  Велика проблема, скажете вы. За двадцать лет до Шаттла эту проблему решили дешево и сердито, ещё на самом первом Атласе, который из 120 тонн массы на старте имел всего 8 тонн конструкционного веса (всё остальное - топливо и окислитель)! Просто тоненькая (один миллиметр внизу и утончение до 0.1 мм сверху) оболочка из аустенитной стали вокруг топлива и окислителя, пусть топливо и окислитель несут сами себя, а чтоб "воздушный шарик" не сдулся по мере выработки топлива - возьмем немножко газа от турбонасосов и пустим в баки - наддуем их! А вот фиг, говорит нам физика. Да, "воздушный шарик" Атласов (их даже хранили наддутыми, без содержимого в баках Атласы складывались под собственным весом) был очень эффективным (единственная в истории полутораступенчатая ракета, выходившая на орбиту почти вся целиком, за исключением двух движков и юбки), но. Сделать такой "шарик" для водорода нельзя. Причина - жидкий водород очень и очень холодный! -253 градуса! С Атласами-то изрядно помучились, пока подобрали сорт стали, не превращающейся в хрусталь при температуре -183 при температуре жидкого кислорода. А сделать такую сталь для водорода невозможно в принципе.  В итоге бак Шаттлов мастырили из хитрого сплава алюминия и лития, с точным литьем и большими геморроями в обработке. И весил бак Шаттлов немало - десятки тонн, и был очень дорогим, и при этом - принципиально одноразовым.

Кроме того, жидкий водород - в принципе крайне неприятная жидкость. Он просачивается через всё на своем пути, даже сквозь сплошной стальной лист - молекула водорода настолько маленькая, что может проскользнуть через кристаллическую решетку железа (диаметр молекулы - примерно 2 ангстрема, расстояние между атомами железа в кристаллической решетке - от 3 до 6 ангстрем). Из-за чудовищно низкой температуры жидкий водород охрупчает всё, с чем соприкасается. Его утечка чревата большим бадабумом - а утекать он очень любит. Причем с ростом размера бака и объема водорода проблемы растут в геометрической прогрессии.

Вы скажете - а как же блок Центавр и RL-10? RL-10 работает на принципе фазового перехода - ему не нужен турбонасос, и он в принципиальном потолке. Физика не дает сделать двигатель больше и мощнее, чем RL-10 на фазовом переходе.

И таких "приколов" у Шаттла была тысяча и один. Сравните с "летающими трубами Маска" на открытом цикле.  Свой инженерно ещё более сложный Раптор Маск построил после наработки многолетней регулярной практики эксплуатации многоразового двигателя. У Рокетдайна такого опыта не было. В итоге - они построили невероятно дорогое чудовище, от которого требовали огромной эффективности любой ценой. Зачем? Да затем. что твердотопливные бустеры КРАЙНЕ неэффективны. Удельный импульс твердого топлива Шаттлов - всего 265 с в вакууме и ещё меньше у Земли. Это очень мало - инженерно примитивный по сравнению с RS-25 Мерлин дает 311 с в вакууме в наземной версии - и 340 с - в вакуумной. В итоге к моменту отделения бустеров скорость Шаттла была очень невелика - чуть больше 1.2 км/с. И почти весь остаток до первой космической скорости, почти 6 км/с, должны были додать двигатели самого Шаттла.

В итоге ни о каких "двух неделях" между пусками не шло и речи - два месяца - это минимум для подготовки повторного старта челнока ( в1984 году Челленджер летал в феврале и апреле, правда, после этого его обслуживали аж до октября, в 1984-1985 Дискавери летал в ноябре, январе, апреле, июне и августе, но потом простоял очень долго. в том числе и из-за катастрофы Челленджера). А в итоге - в среднем пять-шесть пусков в год и закрытие программы после 135 пусков.

При том. что то, что делал Шаттл - сейчас не может делать никто. Даже Маск. Почему так - могу отдельный пост накатать.

В в управлении полётами авиации, космическими полётами, железнодорожными перевозками и т.д., когда дело касается работы сложного и дорогостоящего оборудования, а тем более - угрозы жизни людей при инцидентах с ним, регламенты об  управлении этим оборудованием пишутся вплоть до точных определений, которыми должен обмениваться между собой управляющий персонал чтобы не было лишних смыслов, а понимание персоналом сути сказанного было стопроцентным.

"Lock the doors" или "Заблокировать двери" - чёткое регламентное словосочетание, приказ руководителя полётов ЦУП NASA, который произносится при потере космического корабля и/или экипажа, когда "надежды больше нет", после чего начинается определённая аварийная процедура.

После произнесения приказа руководителем полётов, по регламенту реально запираются двери в ЦУП чтобы никто не мог покинуть или войти в комнату управления, пока персонал не сохранил все данные в своих компьютерах и не закончил письменные отчеты о том что они видели, слышали и делали, для последующего расследования.

Немного о катастрофе Шаттла "Колумбия" и о стенограмме разговоров ЦУП с космонавтами за несколько минут до полной потери связи.

Напомню, что примерно на 82 секунде после старта "Колумбии", от левого обтекателя крепления шаттла к внешнему баку отвалился кусок изоляции (вспененный материал), который с силой ударил по углепластиковой панели левого крыла «Колумбии», пробив в нем дыру 15—25 см.
Такое происходило и ранее, и считалось нормальным, т.к. куски просто пролетали мимо всех конструкций. Но не в этот раз.

Пока челнок был в космосе, аналитика инцидента ввиду отсутствия всех данных, показала, что всё должно пойти по плану. В процессе возврата челнока на Землю и входе в плотные слои атмосферы на скоростях в несколько тысяч километров в час, ввиду ухудшенной аэродинамики поврежденного места, температура разогрева в нем достигла 3000 градусов Цельсия. В итоге, несущие конструкции крыла расплавились и крыло разрушилось.

Стенограмма разговоров в ЦУП демонстрирует проблемы, которые, кажется, ухудшаются с каждой минутой..

(Ниже - видео напряженной ситуации коллектива ЦУП перед, в момент и после полного прекращения связи с "Колумбией")

Первые плохие новости приходят, когда Джефф Клинг, специалист по техническому обслуживанию, механическим манипуляторам и системам управления экипажа, сообщает о внезапной потере данных с нескольких датчиков космического корабля. «Я только что "потерял" четыре отдельных датчика температуры на левой стороне корабля», — говорит он.

4:10 минута видео: главный экран ЦУП - кривая запланированной траектория движения шаттла, красная метка его местоположения и ярко отмеченный пройденный путь.

Руководитель полетов Лерой Кейн спрашивает, есть ли что-то общее в датчиках. Клинг говорит, что нет, имея ввиду общий сбой, а не конкретную систему.

Спустя несколько мгновений Майк Сарафин, офицер наведения и навигации, объявляет, что крыло Колумбии испытывает повышенную нагрузку или повышенное сопротивление ветру. Кейн спрашивает, все ли в порядке, и Сарафин уверяет его: «Я не вижу ничего необычного [запредельного]».

Далее Клинг говорит, что шины шасси потеряли давление. Капсульный коммуникатор Чарли Хобах обращается к космическому кораблю: «Колумбия, мы видим сообщения о давлении в шинах, и мы не разобрали ваши последние [слова]».

В момент проговорки сообщения Хобаха командир «Колумбии» Рик Хасбэнд внезапно произносит «Роджер, боже…» и связь резко обрывается (момент видео - 5:17 минута), слышны громкие помехи.

Через некоторое время Хобах начинает серию радиозвонков на "Колумбию". Ответа нет. Кейн с надеждой спрашивает, когда ожидается сигнал радара. «Одну минуту назад», — отвечает Ричард Джонс, офицер по динамике полета.

7:01 минута попытка связи: "Columbia, Houston, comm check"...

Полётные диспетчеры сообщают о ряде проблем. Имеются свидетельства небольших ударных нагрузок на хвосте, а сигналы датчиков носовой стойки шасси и правой основной стойки прекратились. Затем теряется больше сигналов других датчиков, и регестрируется повышенное сопротивление слева.

Дальнейшие попытки связи и уже ощущается всеобщая нервозность:
7:30 минута: "Columbia, Houston, UHF comm check..."
...

7:48: "Columbia, Houston, UHF check  comm check..."
...

8:18: "Columbia, Houston, UHF check comm check..."
...

8:54: "Columbia, Houston, UHF comm check..."

9:36 - на кривой планируемой траектории отсутствует красная метка местонахождения челнока...

12:20: Кейн: "Lock the doors".

Источник: https://www.theguardian.com/world/2003/feb/13/columbia.space...

Пустая металлическая труба массой 80 тонн твердотопливного ускорителя Шаттла длиной 45 метров (16-этажный дом), диаметром почти 3,7 метра на скорости ~1200 миль/ч (~2000 км/ч) в атмосфере.
(При входе в атмосферу, в разреженных слоях, скорость около 2924 миль/ч (4670 км/ч)).

45-метровые ускорители по бокам от бака в натуральную величину:

1995 год, миссия STS-71