«Энергия» - «Буран»

     Груз по плотности можно разбить на две категории: нагрузки малой плотности (48-112 кг/м3) и нагрузки высокой плотности (256-1024 кг/м3). Полезные нагрузки разрабатываются в расчете на их выведение в грузовом отсеке "Спейс Шаттла" диаметром около 4,6 м. Большие размеры отсека позволяют выводить в космос грузы малой плотности из сверхлегких материалов, поскольку в этом случае масса аэродинамических тормозных устройств будет сравнительно небольшой. Для определения объема грузового отсека была выбрана плотность до 48 кг/м3. Большая плотность полезного груза имеет место при доставке на орбиту топлива, криогенные же топлива с минимальной плотностью обеспечивают максимальный удельный импульс. Максимальная плотность груза была выбрана на уровне 240 кг/м3.

     Плотность выводимого груза является основополагающим фактором при определении габаритов носителя. Базовый вариант носителя "Шаттл-С" обеспечивает размещение в своем грузовом отсеке нагрузки плотностью 160 кг/м3. Такая нагрузка соответствует отсеку длиной 25 м. Увеличение грузоподъемности носителя без увеличения объема грузового отсека не будет соответствовать требованиям по размещению увеличенной полезной нагрузки в прежнем объеме. Увеличение длины и объема грузового отсека не только повышает инертную массу носителя, но также увеличивает потери, связанные с возрастанием аэродинамического сопротивления на участки выведения. Это приводит к ухудшению характеристик носителя.

     После предварительного анализа было отобрано три базовых варианта. Первым является вариант корабля-заправщика, в котором 68 т криогенного топлива. Второй вариант обеспечивает размещение грузов плотностью 80 кг/м3. Третий вариант предназначен для размещения 59 т нагрузки.

     Носитель "Шаттл-С" может быть также использован в качестве средства дублирования "Спейс Шаттла" в тех случаях, когда необходимо более, чем вдвое, увеличить грузоподъемность носителя при создании новых систем космического мониторинга Земли и новых платформ на геостационарной орбите. Этому способствует малый риск разработки и низкая стоимость перспективного носителя большой грузоподъемности, который будет служить дополнением к "Спейс Шаттлу" и станет необходимым для удовлетворения любых потребностей по транспортным операциям вплоть до первого десятилетия XXI века.

     Управление исследований НАСА сделало вывод, что для осуществления марсианской экспедиции требуются тяжелые ракеты-носители, способные вывести на низкую околоземную орбиту объекты массой около 140 т. Аналогично для осуществления лунной экспедиции необходим космический аппарат массой до 67 т, выведение которого можно осуществить с помощью ракеты типа "Шаттл-С". Для уменьшения масштабов сборочных работ в космосе требуется грузоподъемность в диапазоне 144-150 т. Эта величина является "граничной точкой" для практических разработок. Для достижения подобной грузоподъемности нет необходимости в создании нового носителя, так как такие носители будут использоваться достаточно редко, скажем, несколько раз в год. Низкая стоимость разработки может быть достигнута модификацией существующих носителей.

     На базе "Шаттла" была разработана концепция нового носителя, получившего название "Шаттл-Z". Новый носитель может быть пригоден для осуществления экспедиции на Марс и к другим планетам, для вывода объектов на геостационарную орбиту или для выполнения других программ, требующих для своего осуществления больших энергетических затрат для выведения на высокие орбиты и имеющих в составе космического аппарата большие разгонные блоки-ступени, с помощью которых обеспечивается требуемая скорость для перемещения по заданным траекториям.

     Полная "полезная нагрузка", которая выводилась на орбиту с помощью ракеты-носителя, всегда рассматривалась как совокупность космического аппарата и разгонного блока. Так как масса "марсианских" или "лунных" жидкостных разгонных блоков в 4-5 раз больше, чем масса самого космического аппарата, грузоподъемность ракеты-носителя должна быть соответственно больше, чем собственная масса космического аппарата.

     Концепция "Шаттла-Z" концентрируется вокруг двойного использования разгонного блока, функционирующего так же, как третья ступень системы "Шаттл" с заменой орбитального самолета на контейнер, содержащий упомянутый разгонный блок и космический аппарат. Базовый пакет носителя состоит из твердотопливных ускорителей, подвесного бака и связки двигателей ССМЕ, форсированных таким образом, чтобы носитель разгонял объект до суборбитальной скорости. После этого начинает работать "марсианский" разгонный блок, который обеспечивает необходимое приращение скорости для вывода объекта на орбиту. В результате масса, выведенная на орбиту, значительно превосходит ту, которая могла бы быть выведена с помощью одного носителя, и это достигается за счет использования топлива, которое космический аппарат расходует для перехода с околоземной орбиты на высокоэнергетическую заданную траекторию.