Юбилей катастрофической программы «Шаттлов»: зловещее предостережение для Starship? Сорок лет ...
14 апреля 2021 года
12:01
Юбилей катастрофической программы «Шаттлов»: зловещее предостережение для Starship? Сорок лет ...
Текст новости:
Юбилей катастрофической программы «Шаттлов»: зловещее предостережение для Starship?
Сорок лет назад, в апреле 1981 года, «Шаттлы» начали свои полеты в космос, а десять лет назад — прекратили. Обычно о них пишут: выполнили задачи, просто оказались слишком дорогими. Мы покажем обратное: исходно задачей этих многоразовых кораблей была дешевизна, поэтому с самого начала проект был катастрофой. Беда в следующем: общая идея, стоящая за «Шаттлами», похожа на ту, что стоит за принципиально новым средством полетов в космос — Starship. Повторит ли детище Илона Маска незавидную судьбу космических челноков?
12 апреля 1981 года шаттл «Колумбия» совершил первый полет — и мы бы опубликовали этот текст еще позавчера, если бы не опасения, что он потеряется на фоне 60-летия другого, более крупного события. В июле 2011-го шаттл «Атлантис» приземлился, завершив историю всей программы.
С тех пор о ней идут непрерывные споры. Что это было? Успех, как заявляют официальные руководители NASA? (До тех пор, пока не уйдут в отставку, конечно, после чего начинают бурно критиковать). Или же, как утверждают критики программы, она стала катастрофой, на десятки лет задержавшей развитие американской и мировой космонавтики? Попробуем разобраться.
На Марс, к Луне или еще ниже?
Чтобы понять, куда идти, сперва надо понять, зачем. Отчего NASA захотело создать «Шаттл», способный летать только на околоземную орбиту, вместо уже испытанной на тот момент связки из ракеты «Сатурн-5» и корабля «Аполлон»? Тем более что она могла долететь до Луны?
Все началось в 1969 году, когда Ричард Никсон поручил вице-президенту выработать дальнейшую стратегию поведения США в космосе. Первая требовала 57-72 миллиардов долларов в год (здесь и далее — в долларах 2021 года) и позволяла Штатам готовить полет на Марс. Вторая предполагала дальше изучать Луну — и стоила не более 57 миллиардов. Третья ограничивалась станциями на низкой околоземной орбите и полетами к ней — с помощью космических челноков. Она стоила всего 36 миллиардов.
Любой может заметить, что эти суммы намного больше, чем NASA тратит на космос в год и сегодня. Естественно, такая программа не понравилась президенту Никсону. Он считал, что космос обходится слишком дорого — и хотел на нем сэкономить. Поэтому авторам программ предложили выбрать третий вариант и сильно урезать его. В NASA посчитали, что президенты приходят и уходят, а космос остается. Если в 1969 году отказаться от «Шаттлов», то полеты в космос так и останутся сравнительно дорогими. И тогда новый президент не одобрит проект низкоорбитальной космической станции, думали в агентстве.
Но вот если сделать многоразовые челноки, то это резко снизит стоимость полетов в космос, то есть создание такой станции станет дешевле. Рано или поздно, рассуждали в NASA, преемники Никсона решат построить и станцию.
Все это казалось таким логичным. Реальная жизнь превратила планы в труху.
Впрочем, мы не правы. Программа «Шаттлов» не казалась логичной с самого начала. В 1970 году RAND Corporation заказали анализ всего этого проекта (ссылка ведет на американский военный сайт, то есть его держатели блокируют граждан России, но даже бесплатного VPN достаточно). Документ разбирал, целесообразно ли решение разрабатывать «Шаттлы» для удешевления создания орбитальной станции. Анализ показал, что никакого смысла нет.
Все дело в том, что основную часть стоимости типичной космической программы поглощает не серийное производство, а расходы на разработку нужных изделий. Возьмем «Сатурны» и «Аполлоны». Если вся лунная программа стоила 160 миллиардов долларов (опять же, в современных долларах), то НИОКР по ней обошлись в 80% от этой суммы.
Вернемся к «Шаттлам». Согласно NASA, один новый пуск каждого челнока стоил примерно 0,5 миллиарда, а с учетом НИОКР — полтора миллиарда. Легко видеть, что на разработку матчасти ушло две трети от каждой стоимости полета. В анализе RAND расходы на НИОКР «Шаттлов» оценивали по обещаниям его разработчиков, поэтому были вдвое ниже реальных. Всего на разработку шаттлов и связанного с ними оборудования ушло не менее 130 миллиардов долларов, а RAND ожидала лишь 57 миллиардов. Это столько же, сколько стоила вся лунная программа — и НИОКР, и сами полеты на Луну. Все равно разработчики RAND сделали верный вывод: существующие одноразовые носители («Сатурны») были дешевле.
Как сделать черное белым (бывшим госслужащим этот кусок можно пропустить)
Казалось бы, после отчета RAND «уже никто никуда не едет». Какой смысл создавать «Шаттл», многоразовый носитель, снижающий стоимость строительства космических станций, если его дешевле заменить имеющимися одноразовыми носителями, сэкономив этим на НИОКР? Тем более что НИОКР — самая дорогая часть любой космической программы.
Однако важно не то, что считают, а кто и как. RAND оценила ситуацию объективно? Ничего, новый глава NASA Джеймс Флетчер был матерым знатоком того, как надо продвигать свою точку зрения в крупных корпорациях. Он заказал обобщающий доклад по перспективам «Шаттлов» у недавно образованной компании Mathematica. Мы не стояли за кулисами в момент, когда он объяснял ей, как писать доклад, поэтому не будем строить предположений.
Ограничимся фактами. Mathematica сделала доклад, в котором рассмотрела единственную мыслимую возможность экономически целесообразной реализации проекта «Шаттлов». Для этого авторы отчета взяли цифры максимально частых полетов «Шаттлов» — до уровня больше десятка в год. Тогда, за счет в теории меньшей стоимости одного полета, удавалось отбить затраты на НИОКР. Увы, доклад Mathematica не объяснял, откуда у «Шаттлов» возьмутся цели для столь частых полетов.
Зато он понравился политикам: им обещали «подешевле» — и это, увы, было все, что всерьез интересовало чиновников 70-х в космической программе. Как мы покажем ниже, в итоге заплатить пришлось больше.
Рождение челнока: куда мы летим — в космос или к деньгам?
Исходно NASA планировало полноценный многоразовый корабль-челнок. С жидким топливом для всех двигателей, что упрощало многократное использование всех компонентов системы челнока.
Однако, родившись под лозунгом «снижения затрат», челнок с самого начала пошел по пути избегания решения всех сложных вопросов. Ускорители заменили на твердотопливные, сперва их хотели ловить из океана для многоразового использования, но потом просто забыли об этом (опять же, из-за этого поднялась бы цена НИОКР).
Разработчики NASA с самого начала знали, что нормальное катапультирование доступно, лишь если катапультируемых кресел не будет больше четырех. Но делать корабль менее чем для семи человек посчитали неверным: тогда он получился бы не таким многоцелевым, каким его исходно видели. Делать катапульты на семерых было сложно — и их просто… не сделали.
Вообще-то, сам вопрос о создании системы аварийного спасения экипажей на «Шаттлах» ставился. Но итог был прост: это сильно утяжелило бы его конструкцию. И подняло стоимость. Несложно догадаться, что NASA выбрало летать так — без системы аварийного спасения.
В прямом смысле: у «Востока-1», с которого начиналась пилотируемая космонавтика, катапультирование было, а на полетевших через десятки лет после него челноках — нет. А что, если случится авария? Значит, все умрут, что тут скажешь. Да и вообще, не нагнетайте, какие аварии, у нас же все надежно!
В 1980-х, расследуя первую катастрофу «Шаттлов», физик Ричард Фейнман писал:
«В чем причина фантастической веры менеджмента в надежность «Шаттлов»? Первая причина — попытка убедить правительство в совершенстве NASA, чтобы успешно получать госсредства. Вторая причина — искренняя вера в правдивость [ожиданий низкой аварийности], показывающая почти невероятный недостаток общения между менеджментом и инженерами [NASA]».
На практике у «Шаттлов» оказалось не так мало слабых мест. Их корпус был покрыт керамической плиткой — очень сложной в установке и поддержании. Кроме того, часть поверхностей сделали в расчете исключительно на аэродинамические нагрузки. В итоге прочность их оказалась недостаточной.
В свете всего этого легко понять, почему Фейнман констатирует: инженеры оценивали вероятность катастрофы «Шаттлов» в 1%. То есть каждый сотый полет, с точки зрения инженеров, был запрограммировано катастрофическим. Учитывая, что ресурс каждого челнока планировался как раз в 100 полетов, по мнению его инженеров, каждый из них имел более чем приличную вероятность погибнуть.
Для системы, изначально нацеленной на десятки полетов в год, вероятность катастрофы в 1% — это уровень безопасности, который скорее следует назвать «уровнем гарантированной опасности».
Система аварийного спасения корабля «Аполлон» на испытаниях. Как мы видим, в США тоже осознавали необходимость подобных систем. Увы, для «Шаттлов» их использование сделало бы челноки слишком тяжелыми и дорогими. Поэтому от нее отказались / ©NASA
Система аварийного спасения корабля «Аполлон» на испытаниях. Как мы видим, в США тоже осознавали необходимость подобных систем. Увы, для «Шаттлов» их использование сделало бы челноки слишком тяжелыми и дорогими. Поэтому от нее отказались / ©NASA
А вот администраторы проекта, отмечает все тот же Фейнман, считали, что вероятность катастрофы равна лишь 0,001%.
Как они могли настолько не знать, что считают инженеры? Мы уже не раз упоминали подобную схему в самых разных областях человеческой деятельности. Когда мы разделили все сферы жизни на узкоспециализированные сектора, то сразу заложили возможность типичного сценария: никто не знает, что делается рядом.
Специалист так специализирован, что уже не может объяснить свои знания неспециалисту. Администратор пытается услышать специалиста, но сам настолько плохо представляет инженерные вопросы, что не способен четко понять, что же думает о вопросе инженер-проектировщик.
Причем следует учитывать: доклад Фейнмана после первой катастрофы так и не смог достичь мозга администраторов NASA. Они по-прежнему не осознавали, насколько высока аварийность созданной в их организации системы.
«Крыло крепко и «Шаттлы» наши быстры»: как неспособность осознать неудовлетворительность конструкции «Шаттлов» привела к их второй аварии
С высокой вероятностью именно поэтому погиб экипажа шаттла «Колумбия» в феврале 2003 года. Как известно, при пуске кусок пенополиуретановой изоляции с внешнего ускорителя «Шаттла» оторвался от набегающего воздуха и ударил в углепластиковую кромку крыла «Колумбии». Кромка была очень тонкой, в ней образовалось отверстие. Через пару недель на орбите «Шаттл» вернулся на Землю, но при входе в атмосферу раскаленные газы вошли в крыло и уничтожили его изнутри. «Шаттл» потерял стабильность, начал падать. Системы спасения не было, поэтому все астронавты погибли.
Но это было вовсе не обязательным развитием событий. Дело в том, что на 1 марта того же года был намечен следующий пуск шаттла «Атлантис». В теории, взяв поменьше членов экипажа, он мог забрать с «Колумбии» ее семь астронавтов.
Беда в том, что для этого администраторы NASA должны были хотеть этого. «Колумбия» оказалась в космосе в середине января 2003 года, запасы на ее борту позволяли просуществовать в космосе месяц-полтора, но при условии их жесткой экономии с самого начала миссии.
На первый взгляд, этому ничего не мешало. О повреждении крыла куском теплоизоляционной пены было известно с момента старта — оставалось неясным лишь то, где оно находится. Более того, ряд инженеров NASA просили Минобороны США сделать фото спутником-шпионом, чтобы понять размах повреждения. Другие предлагали одному из членов экипажа «Шаттла» выйти наружу, осмотреть повреждения. Здесь, правда, шансов было немного: скафандров для внекорабельной активности на «Шаттле» в тот раз не было. После любого из этих действий можно было понять, где именно в крыле находится дыра. Из этого сама собой вытекала необходимость спасательной миссии.
Комиссия по расследованию катастрофы «Колумбии» заключила:
«Такая спасательная операция была вызовом, но вполне преодолимым».
Ничего этого не сделали. Причина? Во-первых, перед полетом, несмотря на доклад Фейнмана после первой катастрофы «Шаттлов», никто всерьез просто не задумывался над возможностью новой катастрофы. Поэтому никаких отработанных операций спасения не планировали. Запросы инженеров в Минобороны администраторы NASA отклонили.
Во-вторых, когда компьютерное моделирование (с помощью программы «Кратер») показало, что в крыле может быть пробоина, лица, выполнявшие моделирование, просто сказали, что оно преувеличивает угрозу. Они были уверены: ну не может кусок пенополиуретана убить «Шаттл», ну ошибается программа.
Мы, правда, не знаем, думали ли так все в NASA. Например, человек, отвечавший тогда в агентстве за управление полетами, так объяснил подчиненному свой подход к повреждению «Колумбии»:
«Ты знаешь, даже если бы этом знали, то лучше было бы не знать… Разве не лучше было бы для экипажа иметь счастливый полет и умереть в его конце неожиданно, чем оставаться на орбите, зная, что ничего не может быть сделано?»
Расследование комиссии установило, что сделать можно было. Но для этого следовало хотеть этого: продумывать планы, работать. Этого никто заранее не делал — а в самом январе 2003 года отреагировать вовремя и понять, что людей можно спасти «Атлантисом», никто из администраторов NASA так и не смог.
Цена эксплуатации: к деньгам прилететь тоже не удалось
Вопреки исходным представлениям, трудоемкость — и цена — подготовки «Шаттлов» к последующему полету оказалась намного выше запланированной. Проблемы сыпались буквально везде: плитка отваливалась чаще, чем думали, ее проверка и замена оказались крайне трудоемкими.
Идея о десятке и более полетов в год ожидаемо не оправдалась. Поэтому, согласно планам, «Шаттлы» должны были возить грузы в космос за 560 долларов за килограмм, а в жизни возили за 18 тысяч (без учета НИОКР), а то и за 60 тысяч (с учетом НИОКР). Ошибка в этом ключевом параметре была примерно в 30-100 раз.
За 30 лет полетов «Шаттлы» летали 135 раз, 4,75 раза в год. Средняя стоимость полета с учетом НИОКР оказалось полтора миллиарда долларов, без них — 0,5 миллиарда. Средняя стоимость программы в год превысила семь миллиардов в современных деньгах. Общая — более 210 миллиардов, полторы лунные программы.
В XXI веке бывший руководитель NASA Майкл Гриффин попробовал поставить вполне разумный вопрос: что, если бы все пошло по сценарию RAND, без разработки «Шаттлов», но лишь с использованием «Сатурнов» и «Аполлонов»?
Его выводы: в силу полного завершения НИОКР по этим ракете и кораблю NASA несло бы на них только операционные расходы. Стоимость одного полета к Луне без учета НИОКР — которые уже выполнены и поэтому не требуют новых расходов — была в районе пары миллиардов долларов. Полеты «Сатурнов» на более низкую орбиту, к орбитальным станциям типа «Скайлэб» — много дешевле. Типичный бюджет пилотируемой программы NASA — не ниже десятка миллиардов современных долларов в год. Это стоимость двух полетов на Луну и четырех полетов к околоземной орбитальной станции. Таким образом, 30 лет полетов на «Шаттлах» обходились Соединенным Штатам как минимум 60 полетов на Луну.
Кстати, и для полетов к орбитальным станциям ракета «Сатурн» подходила больше «Шаттлов». У нее была версия без первой ступени, «Сатурн-IB». На низкую околоземную орбиту он выводил 21 тонну, близко к «Шаттлам» — только вот один его пуск стоил всего 0,35 миллиарда долларов, заметно дешевле 0,5 миллиарда для «Шаттлов» (в обоих случаях цены даны без учета НИОКР).
Запуская вместо нее в космос «Сатурн-5», можно было каждым пуском выводить на орбиту не только полезную нагрузку, но и одну пустую ступень — из одной такой NASA в 1970-х сделало станцию «Скайлэб».
Ступень была настолько большой, что станция из нее вышла больше «Мира» и как половина МКС. Разумеется, пустые ступени можно было стыковать. То есть при желании NASA могло каждый год создавать по орбитальной станции — не меньше современной МКС.
Подведем итоги. «Шаттлы» создали с одной главной целью: летать в космос дешевле, чем раньше, — за счет многоразовости.
Продолжение: https://naked-science.ru/article/cosmonautics/shattl-istoriya

Связанные объекты: #Беда (найти в новостях), #Starship (найти в новостях), #Марс (найти в новостях), #NASA (найти в новостях), #Сатурн-5 (найти в новостях), #США (найти в новостях), #RAND Corporation (найти в новостях), #Крыло (найти в новостях), #Минобороны США (найти в новостях), #Минобороны (найти в новостях), #XXI (найти в новостях), #Скайлэб (найти в новостях), #Сатурн (найти в новостях), #МКС (найти в новостях).

Текст со страницы (автоматическое получение):
Автоматическая система мониторинга и отбора информации
Источник
Другие материалы рубрики
  14 апреля 2021 года
01:45
60 лет званию «Летчик-космонавт СССР»
  13 апреля 2021 года
16:50
День космонавтики в ЦЭНКИ
ТОП-10 статей
1. Envoûtements jaloux et signes inféconds d'altérité. Approche d'un crime dannunzien sous influences françaises et russes
2. Китай решил отправить космический аппарат на край Солнечной системы
3. В Китае назвали беспочвенными опасения Запада относительно падения обломков ракет на Землю
4. В Пентагоне не уверены, что китайская ракета распадется при входе в атмосферу
5. На Украине объяснили, почему не сбивают российские вертолеты
6. Занятие для водителей Космического центра «Южный» прошло на Байконуре
7. SpaceX намерена 9 мая доставить на орбиту новую партию из 60 спутников Starlink
8. Эксперт оценил риск падения китайской ракеты «Чанчжэн-5» на Россию
9. Вращающиеся черные дыры деформируются под действием гравитационного поля
10. Встреча представителей основных направлений производства и обеспечения полетов - летного и диспетчерского состава - с психологами гражданской авиации России и специалистами в области человеческого фактора (Институт аэронавигации)


Ресурсы