Обители огня

     Когда-нибудь, во времена энергетического изобилия, расцвета наук и всеобщего благонравия, мы откроем антигравитацию, аннигиляцию и свертывание пространства. Межзвездные путешествия станут простыми и доступными, как перелет из Москвы в Петербург. Может быть, дело даже дойдет до межпланетных «маршруток»… А пока каждый килограмм полезного груза, запущенного на околоземную работу (по астрономическим меркам – вывешенного за окно), обходится слишком дорого.

Каждый космический аппарат – результат жесткого компромисса между желаниями впихнуть побольше и запустить побыстрее. В практической космонавтике эти тенденции – вечные и непримиримые противники, за каждой из которых целая армия доводов. Возьмем, например, простейший – фактор первой космической скорости. Будь мы жителями Красной планеты (кстати, читали ли вы «Робинзонаду» XXI века – роман «Марсианин» Энди Уира?), все было бы несколько проще, но для Земли она составляет целых 8 километров в секунду!

Разогнать сколько-нибудь весомый груз до такой скорости – огромная проблема. Великий фантаст Жюль Верн предполагал, что «забросить» на Луну обитаемое ядро может огромная пушка. Но любой прилежный старшеклассник сегодня аргументировано докажет, что артиллерия не поможет, а несчастный экипаж позавидует фаршу в мясорубке. Преодолеть земное тяготение на современном этапе могут только ракеты.

Но какие? У техники военного назначения, как ни парадоксально это звучит, задача намного проще. Ракета, способная устроить десяток-другой локальных Армагеддонов на противолежащем континенте, вовсе не обязана достигать даже первой космической скорости. Ее всего-то надо поднять сквозь тропосферу, содержащую около 80 % всей массы атмосферного воздуха, и «вывести» в нужном направлении в относительный вакуум (на высоте 400 км длина свободного пробега молекул приближается к 8 км). А дальше она полетит, как обычный снаряд, по инерции, в основном выполнив собственно ракетную функцию.

Конечно, ее падение нуждается в коррекции. Первые ЭВМ, кстати, и были баллистическими вычислителями, предназначенными именно для таких целей. Так что, выходя во Всемирную паутину, помните, что «предки» и «родственники» вашего ноутбука – настоящие убийцы, готовые в любую минуту устроить тысячи Хиросим.

Но спутникам-то надо лететь выше! Для этого ракеты в классическом понимании (головная часть с полезной нагрузкой + топливный бак + двигатель) хватает максимум на суборбитальный «подпрыг» типа полета первого астронавта США Алана Шепарда или псевдокосмических турполетов, рекламируемых всякими дельцами от космонавтики. Многоступенчатые ракеты – вовсе не каприз конструкторов, а жесточайшая необходимость, благодаря которой стали достижимы скорости, намного превышающие скорость истечения продуктов сгорания топлива.

Очевидно, что число ступеней в геометрической прогрессии влияет на сложность ракеты. Но, помимо конструктивных препятствий, возникает и еще одна проблема: утилизация отработанных ступеней. Если последние просто сгорают в атмосфере, падая с околоземной орбиты, то нижние ступени, самые мощные и громоздкие, отделяются на сравнительно небольших высотах. Например, вторая ступень тяжелой ракеты «Протон» – это примерно 1,5 тонны металла, до тонны гептила и до 1,5 тонны азотного тетраксида – веществ, мягко говоря, вредных для жизни. Их «поля падения» (так называемый «326-й район») при запусках с Байконура расположены на Алтае и занимают площадь свыше 5000 км², из которых 3300 км² приходится на территорию Алтайского государственного природного заповедника, с 1998 года включенного в программу ЮНЕСКО «Всемирное наследие». За все время запусков «Протонов» на территорию Алтайского края упало около 200 их ступеней.

И это только одно «поле падения»! Первые ступени запущенных с Байконура ракет падают на территориях Казахстана и Туркмении, большая часть вторых ступеней – в Томской и Новосибирской областях. А всего на территории бывшего СССР разбросано несколько десятков районов падения, занимающих в общей сложности около 5 млн га, естественно, запрещенных для заселения. А есть ли не столь расточительные варианты?

Да, и самый распространенный из них – восточное побережье. Почему именно восточное? Этим мы обязаны вращению Земли, которое придает запускаемым кораблям бесплатное приращение импульса за счет так называемой окружной скорости космодрома. Она связана с суточным вращением планеты и зависит от широты местности, достигая максимума – 465 м/с – на экваторе (космодром «Куру» во французской Гвиане на 5° с. ш.). Для Байконура и вновь строящегося космодрома «Восточный» она превышает 300 м/с.

Так вот: только за счет выгодного расположения «Куру» позволяет увеличить полезную нагрузку на 3 тонны при выводе на геостационарную орбиту и на 10 тонн при запуске на низкие орбиты. Понятно, что запускать надо в направлении вращения Земли, то есть на восток. Соответственно, и поля падения будут располагаться с той же стороны. Единственное исключение – израильские ракетчики, вынужденные запускать носители с космодрома «Пальмахим» на средиземноморском побережье в обратную сторону, исключая падение отработанных частей на территорию, мягко говоря, недружелюбных соседей.

Хотя экваториальное положение дает ощутимые энергетические преимущества, число космодромов вблизи экватора можно пересчитать по пальцам. К ним относятся уже упомянутый «Kуру», эксплуатируемый Францией и Европейским космическим агентством, итальянский плавучий космодром «Сан-Марко», базирующийся в заливе Формоза близ кенийского города Малинди (3° ю. ш.) и ныне фактически брошенный на произвол судьбы, бразильский «Алкантара» на атлантическом побережье штата Мараньян (2,3° ю. ш.), американский полигон «Кваджалейн» на одноименном атолле Микронезийского архипелага в Тихом океане и совместный «Морской старт» (США, с участием Норвегии, России и Украины), представляющий собой переделанную японскую нефтяную платформу, каждый раз выводимую из порта приписки Лонг-Бич (Калифорния) к экватору в район острова Рождества (Kирибати).

Но почему так мало? Дело в том, что полноценному космодрому необходимы стабильное окружение и отлаженная логистика. Никакие дополнительные тонны полезной нагрузки не перевесят опасность набега сомалийских пиратов или малайских партизан, для которых взятие заложников стало видом профессионального спорта. Перечисленные экваториальные площадки не могут похвастаться запусками тяжелых носителей, специализируясь на обработке сравнительно легких коммерческих объектов, именно в силу невозможности доставки или сборки тяжелых ракет класса «Протона».

Для строительства и функционирования космодрома требуется доставлять гигантские объемы грузов, в том числе и негабаритных, среди которых – и части тяжелых ракет-носителей, требующих исключительно деликатного обращения. Стало быть, без близлежащих магистральных дорог большой грузоподъемности не обойтись. Это обстоятельство порой перевешивает даже грядущие энергетические выгоды. Так, комплекс «Тюратам» (больше известный нам как «Байконур») во многом был выбран благодаря близости к железной дороге «Москва-Ташкент», а космодром «Восточный», развернутый на базе бывшего полигона «Свободный», строится вблизи Транссиба, выиграв у более выгодного энергетически проекта «Приморский» в отрогах Сихотэ-Алиньского хребта.

Привычное представление о космодроме как о бетонной площадке с огромной серебристой ракетой, пристыкованной к мачте, конечно, слишком поверхностно. Старт – это всего лишь завершение подготовительного наземного этапа, связанного с напряженной работой тысяч и тысяч инженеров и ученых. Айсберг с его 5/6, спрятанными под водой, – просто образец открытости и наглядности!

Отлаженная логистика – абсолютно необходимый компонент космической программы любой страны. Циклопические размеры и потрясающая воображение сложность носителей диктуют единственно возможное решение: в заводских условиях необходимо изготавливать функционально законченные узлы максимально возможных для транспортировки габаритов и веса, оставив космодрому только окончательный монтаж и проверку.

В конструкции российской «Ангары», нашего будущего основного носителя, этот принцип возведен в абсолют: вся линейка ракет собирается из унифицированных заводских модулей, допуская при этом значительные вариации в зависимости от конкретной задачи. И надо сказать, этот подход себя оправдывает: Южная Корея сравнительно безболезненно вошла в космический клуб, избежав длинной и мучительной стадии доводки собственного носителя и взяв за основу модули «Ангары».

«Сердце» космодрома – монтажно-испытательный корпус (МИК), огромный цех с высокой степенью защиты, в котором собираются и всесторонне тестируются носитель и орбитальный корабль. Отечественная технология предполагает горизонтальную сборку, хотя многие зарубежные ракетчики считают, что надежнее вести монтаж в том же положении, что и при старте. Но сильные ветра, господствующие в районах Капустина Яра, нашего первого ракетного полигона в Астраханской области, и Тюратама-Байконура, делают вертикальный монтаж невозможным.

Сборка ракетно-космической системы (РКС) сопровождается непрерывным тестированием отдельных компонентов и комплекса в целом. Но даже отработанная десятилетиями процедура проверок не гарантирует от ошибок, и время от времени надежные и заслуженные космические машины попадают в аварии… Что же тогда говорить о новых системах?

А для них на космодромах строятся многочисленные испытательные стенды, намного превышающие по площади и сложности непосредственно стартовые площадки. Всех «казней египетских», которые волею инженеров обрушиваются на испытываемые объекты, и не перечислить. Это и термические испытания с многократными циклами нагрева-охлаждения, и опрессовка (повышение давления) систем хранения и подачи топлива, и многочасовые «заезды» на стендах вибро- и динамической нагрузки, имитирующие сложности реального полета, и многое-многое другое.

Положение усложняется тем, что каждая РКС уникальна и требует специализированного и удаленного от остальных сооружений испытательного комплекса, по площади намного превышающего соответствующие стартовые площадки. Поэтому для больших космодромов, предназначенных для операций с несколькими типами носителей, обычны территории в сотни и сотни квадратных километров. Так, общая площадь «Байконура» – около 6700 км², космодром «Плесецк» занимает свыше 1700 км², строящийся «Восточный» – 700, французский Куру – около 1200, а китайский Цзюцюань – 2800 км².

Когда люди найдут иные поразительные способы перемещения в пространстве – тихие, бесшумные и до обидного незрелищные, – сегодняшние грандиозные «обители огня», возможно, станут музеями под открытым небом. И через много-много лет школьники в ряду чудес света вместе с египетскими пирамидами будут считать и объект СК 17П32-5 (ПУ № 5) – первую площадку «Байконура», тот самый «Гагаринский старт», с которого и началась космическая эпоха человечества.