«Энергия» - «Буран»

     Изучалось несколько концепций жидкостных ступеней. С сентября 1987 г. по контракту НАСА фирмами "Дженерал Дайнэмикс" и "Мартин Мариетта" проводятся исследования в этом направлении. Был предложен проект, предусматривающий использование на "Спейс Шаттле" двух полностью многоразовых ускорителей, которые после выведения возвращаются к месту старта и совершают горизонтальную посадку на посадочную полосу. Отличительной чертой проекта является максимальное использование существующего оборудования "Спейс Шаттла". В частности, в качестве основной двигательной установки в жидкостной ступени применяется пять маршевых двигателей ССМИ "Спейс Шаттла" и используется шасси. Топливный бак идентичен топливному отсеку "челнока", стартовые жидкостные ускорители имеют складывающееся крыло.

     Преимуществом проекта является относительно малая стоимость создания благодаря использованию в его конструкции большинства подсистем "Спейс Шаттла". Достоинством является новое качество ступени, связанное с гибкостью и безопасностью, в связи с тем, что имеется возможность регулирования тяги и выключения жидкостного двигателя в любое время.

     Из-за уменьшения тепловых потоков и отсутствия ударных перегрузок на этапах полета ступень возвращается на Землю в неповрежденном виде.

     Перед разработчиками аэрокосмических летательных аппаратов поставлены трудные задачи. Прежде всего, масса сухой конструкции летательного аппарата должна быть на четверть меньше массы, получающейся при современной технологии, рабочий ресурс должен превышать ресурс "Спейс Шаттла" в пять раз, удельная стоимость должна быть снижена в 10 раз.

     Основными направлениями в решении этой проблемы, кроме разработки высокоэффективных маршевых двигателей, является создание перспективных материалов. Для нагреваемых в полете элементов конструкции и теплозащитных систем аэрокосмических летательных аппаратов используются суперсплавы и перспективные алюминиевые и титановые сплавы, композиционные материалы на полимерной матрице, на металлической матрице из алюминия и титана и углерод-углеродных композиционных материалов.

     При создании системы наведения и управления полетом особое внимание уделено адаптивности в части обеспечения автоматизированного и активного управления полетом. Автоматический и постоянный контроль состояния бортовых систем и конструкции станет основой обеспечения безопасности.

     Фирма "Дженерал дайнемикс" в США провела ряд интересных исследований в области многоразовых жидкостных ускорителей для "Спейс Шаттла". Жидкостной ускоритель обеспечивает больше возможностей по энергетике и по гибкости программы выхода из нештатных ситуаций в полете. Решалась задача целесообразности спасения ускорителя целиком или только маршевых двигателей. Фирма располагала результатами многих исследований по вопросу возвращения и приземления ускорителей в районе стартовой позиции, при этом за основу бралась схема, аналогичная возвращению на Землю современного орбитального корабля "Шаттл". Однако, по оценке фирмы, этот способ был связан с большими затратами на разработку. Чтобы совершить разворот и обратный полет, ускоритель должен иметь крылья, воздушно-реактивный двигатель (для гарантированного доведения ускорителя до посадочной площадки), посадочное шасси и другие связанные с этим средства. Затраты на разработку такого ускорителя превышали бы в 3-4 раза затраты на создание одноразового ускорителя. Этот вопрос, практически, становится главным в этом направлении поиска экономически эффективных систем.

     В исследованиях фирмы показано, что наиболее приемлемые был бы вариант двигательной установки как агрегата, стоимость которого составляет больше половины стоимости всего жидкостнго ускорителя. Поэтому, учитывая сложность реализации спасения всей ступени, фирма рекомендует спасать и повторно использовать только двигательный модуль.

     Расходы, связанные с разработкой и испытанием систем отделения модуля от ступени и его спасения, приводят к некоторому увеличению затрат на многоразовость. Масса системы спасения четырехдвигательного модуля составляет приблизительно 2,7 тонн, а масса самого модуля - около 19 т. Самым тяжелым элементом являются парашюты - 1,2 т. Эта дополнительная масса заставляет увеличить размеры ускорителя, что дает совокупное превышение массы, по сравнению с массой ускорителя с одноразовыми двигателями, на 23%. Средства спасения двигательного модуля составляют 14% от его массы, в том числе парашюты - 6,3%.

     Следует отметить, что фирма считает сомнительной возможность установления точной разницы между двигателями, рассчитанными на один, четыре или двадцать полетов, и предполагает возможность увеличения затрат на разработку и изготовление двигателей с указанными выше особенностями на 10 % по сравнению с одноразовыми двигателями.