«Буран», работа над которым официально началась 50 лет назад, 17 февраля 1976 года, обычно вспоминают как символ утраченных возможностей и несбывшейся советской мечты о многоразовом космосе.
Но если отбросить ностальгию, перед нами — уникальный инженерный эксперимент, в котором СССР попытался найти реализуемый ответ на вопрос: можно ли сделать пилотируемый космос по-настоящему безопасным и автоматическим одновременно.
Ответ оказался слишком сложным, слишком дорогим и… слишком неудобным для своего времени.
ForPost разбирался, почему «Буран» был не копией шаттла, а принципиально другой системой, какие инженерные гипотезы на нём отрабатывались и какие выводы из этого проекта сегодня предпочитают не вспоминать.
Почему «Буран» не равно шаттл?
СССР к концу 1980-х годов достиг невероятных успехов в освоении космоса: на орбите находилась пилотируемая научно-исследовательская орбитальная станция «Мир», с космодрома успешно стартовали ракеты со спутниками, космонавтами. Были планы по освоению Луны и Марса.
Что дальше? Возникла идея создать многоразовый ракетно-космический комплекс (МРКК), который мог бы совершать посадку в автономном режиме.
Скептики считают, что советские конструкторы «просто» пытались скопировать американский шаттл, который уже в середине 80-х совершал полёты на околоземную орбиту.
Инженер, исследователь проекта «Буран» Борис Устинов объяснил, почему это не совсем так:
«Да, это было сделано с оглядкой [на США]. Было дано указание сделать не хуже [чем у американцев]. Советское руководство было впечатлено и обеспокоено возможностями шаттла по инспекции и снятию с орбиты своих и «вражеских» спутников, а также возможностью совершения «нырков» в атмосферу над территорией СССР. Получилось по-другому, но не хуже. Если посмотреть в целом на «Буран», это всё-таки уникальный проект, а не слепое копирование шаттла».
В отличие от американского шаттла, «Буран» изначально проектировался не как «космический самолёт», а как система, где безопасность считалась не следствием надёжности, а самостоятельной инженерной задачей.
Именно поэтому в проекте заранее, до первых полётов, прорабатывались сценарии аварий, отказов и нештатных режимов. Без этого контекста многие решения для «Бурана» выглядят избыточными. Но у них была своя логика.
Технологические отличия
Корабль создавали для вывода в космос, обслуживания, ремонта и возвращения гражданских космических систем, а также для отработки различных схем космического базирования в интересах различных ведомств, — так объясняет цели и задачи проекта научная статья Ракетно-космической корпорации имени С. П. Королёва «Энергия».
Перед конструкторами «Бурана» стояли три принципиальных вопроса: можно ли обеспечить спасение экипажа на всех этапах выведения, возможен ли полёт при отказе двигателя одной из ступеней без немедленной гибели системы, а также оправдывает ли многоразовость свою цену, если безопасность становится приоритетом.
Отсюда и принципиальные технологические отличия между шаттлом и «Бураном».
У американского шаттла была единая конструкция с внешним топливным баком и двумя боковыми твердотопливными ускорителями.
У советского «Бурана» — раздельные «Энергия» и «Буран»: сверхтяжёлая ракета-носитель и сам корабль.
«"Энергия" была самостоятельной ракетой-носителем, могла без "Бурана" решать собственные задачи. Она была способна выводить [на орбиту] до 100 тонн [полезного груза]. Для неё были созданы уникальные двигатели второй ступени, работающие на жидком кислороде и жидком водороде. Это был задел и для полётов к Луне и к Марсу», — уточнил Устинов.
Советские конструкторы слишком хорошо знали, чем может закончиться гонка за многоразовостью без предусмотренной возможности реального спасения экипажа.
В 1986 году шаттл Challenger взорвался через 73 секунды после старта: на холоде потеряло эластичность уплотнительное кольцо между секциями твердотопливного ускорителя, раскалённые газы вырвались наружу и прожгли внешний топливный бак. Топливо вспыхнуло, орбитальный корабль был разрушен взрывом сотен тонн топлива. Погибли все семь астронавтов, поскольку системы аварийного спасения на этом этапе полёта предусмотрено не было.
Для создателей «Энергии — Бурана» это был прямой сигнал: одной высокой надёжности ракеты мало, нужна многоуровневая система аварийного спасения, которая даёт шанс и людям, и кораблю даже в нештатных режимах выведения.
Как «Буран» учился выживать в авариях
Так, например, если один из двигателей «Энергии» отказывал во время выведения, траекторию делили на два диапазона — проще говоря, автоматика заранее «знала», что делать в зависимости от того, на какой секунде полёта произошла авария, и не действовала по принципу «всё или ничего».
Первый диапазон — ранний отказ (двигатель бокового блока — до 125 секунд, центрального — до 190 секунд). Он запускал манёвр возврата орбитального корабля «Буран»: комплекс пытался не дотянуть миссию любой ценой, а отстыковать корабль от ракеты-носителя и дать ему возможность по-самолётному сесть на полосу космодрома Байконур.
Второй диапазон — поздний отказ двигателя второй ступени ракеты-носителя. При отказе двигателя на активном участке выведения запускался сценарий нештатного полёта. В этом случае автоматика не «рубила» миссию сразу, а пыталась перераспределить тягу оставшихся двигателей и сохранить управляемость, даже если штатная орбита становилась недостижимой.
Рассматривались также режимы экстренного отделения орбитального корабля с последующим автономным спуском. Это была серия операций от аварийного выключения отказавшего двигателя до разворота ракеты примерно на 180° — из разряда «развернуть поезд на полном ходу», не потеряв управление и не уничтожив аппарат.
И всё это должно было выполняться при соблюдении ограничений по скоростному напору, перегрузкам и районам падения ступеней. Проще говоря, конструкторы работали в ситуации, где почти любое неверное решение означало либо гибель экипажа, либо падение обломков за пределами допустимых зон.
Поиск способов спасения
Параллельно инженеры искали способ аварийного спасения экипажа и/или корабля.
Рассматривались несколько концепций. Одна из них — вышеупомянутая отделяемая кабина — по сути, отдельный аппарат, рассчитанный на скорости до М=6,5 и высоты до 62 км.
Ценой решения была чудовищная сложность, огромная масса и необходимость фактически строить второй летательный аппарат внутри первого, а значит, жертвовать полезной нагрузкой и надёжностью всей системы ради гипотетического сценария спасения.
Поэтому от идеи отказались.
Ещё один рассматриваемый способ спасения — увод всего корабля с помощью твердотопливной двигательной установки (ТТДУ). Пробовали разные компоновки ускорителей, считали нагрузки, струйные воздействия, безопасность разделения при высоком скоростном напоре.
Часть задач оказалась нерешаемой на уровне тогдашних технологий — не потому, что идея была ошибочной, а потому что аэродинамика, материалы и системы управления просто не позволяли безопасно реализовать её в реальном полёте.
Эту ветку тоже закрыли.
Рассматривался и такой вариант: после выхода МРКК из плотных слоёв атмосферы и уменьшения аэродинамических нагрузок появлялась возможность в случае аварии ракеты-носителя провести отделение орбитального корабля с помощью сравнительно небольших твердотопливных двигателей при условии проведения аварийного выключения.
«Проведённые НПО «Энергия», НПО «Молния» и НПО автоматики и приборостроения проектные исследования показали возможность реализации вышеуказанных операций, — отмечается в статье РКК «Энергия». — При этом наиболее сложным оказалось решение задачи по прохождению ограничений при спуске орбитального корабля и по приведению его в зону аэродромов (на некоторых участках полёта практическое решение этих задач возможно только при благоприятном сочетании параметров автономного движения орбитального корабля). Способ был принят к реализации на первом пилотируемом полёте орбитального корабля, так как для его приведения на аэродромы вынужденной посадки требовалось участие пилотов».
Что в итоге?
Ни один из вариантов не обеспечивал универсального решения для всех фаз полёта.
Иными словами, в «Буране» не существовало «волшебной кнопки спасения»: безопасность приходилось собирать из набора несовершенных, но взаимодополняющих решений.
Инженеры сравнили все варианты спасения космонавтов и в итоге отказались от отделяемой кабины и уводящего твердотопливного блока.
Рассматривалось и катапультирование экипажа. Здесь соединились авиационный опыт и космические требования.
На базе существующего авиационного кресла К-36Л сделали усиленный вариант К-36Б и создали комплекс средств аварийного покидания (КСАП), то есть довели авиационное средство спасения до пределов, на которых оно ещё могло работать в условиях космического старта.
Во время испытаний кресло К-36Б катапультировали в составе специального сбрасываемого отсека, установленного вместо части системы аварийного спасения на грузовом корабле «Прогресс» при проведении реальных космических пусков.
Отсек отделялся от ракеты-носителя «Союз», уходил на баллистическую траекторию, тормозился каскадом гиперзвуковых парашютов из углепластика, затем приводились в действие катапультируемые кресла.
Испытаний было пять (1988–1990 годы), от запуска к запуску высота и скорость увеличивались.
Результат — верхняя граница применимости кресла: высота до 40 км и скорость до М<4,2.
Таких параметров для катапультируемого кресла до сих пор нет ни у кого в мире.
Инженер Борис Устинов напоминает о принципиальном ограничении:
«На шаттле сначала были установлены катапультируемые кресла для двух человек. Но на экипаж в составе семи человек это было сделать невозможно. У нас было бы то же самое: для первых полётов — два-четыре кресла максимум. На полную «смену» космонавтов такой системы не хватило бы. Поэтому вопросы безопасности в таких сложных комплексах до конца до сих пор не решаются. Хочу напомнить, что Франция в 80-х годах тоже работала над своим собственным шаттлом «Гермес», и именно невозможность создания системы спасения экипажа на начальном этапе полёта стала одной из причин закрытия программы».
В итоге оптимальной признали комбинацию:
- программы нештатного изменения плана полёта при отказе двигателей,
- катапультирования экипажа на начальном участке полёта,
- экстренного отделения корабля и запуска возврата на посадочную полосу космодрома Байконур после 145-й секунды полёта.
Так удалось приблизиться к целевому уровню безопасности экипажа 0,995.
Все эти инженерные решения — от аварийных режимов до катапультирования — были попыткой ответить на один и тот же вопрос: можно ли создать многоразовый пилотируемый корабль, который не превращает каждый старт в лотерею.
В этом смысле «Буран» стал одним из самых масштабных инженерных экспериментов XX века, сравнимым по значимости с американской программой Space Shuttle, но принципиально отличавшимся по логике безопасности и автоматизации.
От фанерного «Бурана» к легенде космонавтики
Для достижения беспрецедентного уровня безопасности в проект «Буран» вовлекли рекордное количество предприятий и организаций — 1206.
Над созданием космического корабля работало более миллиона человек.
В числе тех, кто принимал участие в этом проекте, — севастополец, инженер Виктор Злобин.
«Нас набрали из частей, которые были на «Байконуре». Начинали с нуля. Сборка шла как на площадке для ракеты-носителя, так и отдельно была площадка под «Буран», где собирали корпус. Поначалу привезли фанерный корпус. Собирали две части. Министерство авиационной промышленности поставляло самолёт, а уже потом мы — НПО «Энергия» — модернизировали его, делали как «Буран». Из самолёта делали космический корабль. Оснащали системами, которые превращали самолёт в космический корабль», — рассказывает он.
От фанерного «Бурана» к космическому технологическому чуду двигались достаточно быстро: 444-й цех непосредственно проводил сборку «Бурана», одновременно шли испытания.
«Когда все испытания были успешно завершены, корпус «Бурана» повезли для стыковки с ракетой-носителем. Состыковка прошла нормально. Вывезли на старт», — вспоминает Виктор Злобин.
«Буран» в космосе и на Земле
Напомним, во второй половине 1980-х годов было проведено два старта:
- 15 мая 1987 года состоялся первый полёт ракеты-носителя «Энергия» с аппаратом «Полюс». Отрабатывались задачи по части самой ракеты, обе ступени ракеты-носителя отработали штатно;
- 15 ноября 1988 года — запуск «Энергии» с орбитальным кораблём «Буран», который совершил два витка вокруг Земли и автоматически сел на специально построенную полосу.
«Мне было 12. Мы все знали, что в СССР готовится запуск корабля «Буран». Сидим у телевизора вечером, программа «Время», диктор новостей торжественно говорит, что осуществлён запуск системы «Энергии — Бурана». Понимаем по голосу — всё хорошо. Показывают запуск, посадку, этот «Буранчик», как птичка, садится. Была огромная гордость. Мы знали про американский шаттл и взрыв «Челленджера», а тут — наша система, ещё и в полностью автоматическом режиме! Про деньги и экономику никто не думал, мы просто радовались и верили, что вот теперь полетят космонавты», — вспоминает инженер Борис Устинов.
«Показывают запуск, посадку, этот «Буранчик», как птичка, садится». Видео: Woh G64 / VK Видео
Конечно, эта идеальная картинка не могла передать и части той тревоги, которую испытывали люди, создававшие проект.
«Погода была безобразная, думали, запускать или нет. В итоге запустили. Честно, не ожидали, что он так приземлится. Первое изделие, первый раз — а сел очень хорошо, в заданной точке. Автоматика отработала идеально! Представьте: самолёт сажают пилоты, а тут — режим автоматики. Для того времени это было огромное достижение», — вспоминает Виктор Злобин.
Работает на советском «железе»
Достижение «Бурана» поражало: американцы ни разу не садили шаттл в полностью автоматическом режиме, за штурвалом всегда был пилот.
В этом смысле «Буран» сделал шаг вперёд — и сделал его на советской элементной базе и на советском ПО, подчёркивает Борис Устинов:
«Вся электроника была наша, доступа к западной не было — объект считался военным. Поэтому система автоматической посадки была уникальная. На нашем «железе» и наших программах смогли обеспечить полёт и возвращение без пилота».
Закат «Бурана»
Казалось бы, «Бурану» теперь только и бороздить космические просторы. Однако реальность оказалась суровой.
Уже в начале 1988 года основной заказчик — Министерство обороны СССР — отказалось от МРКК, похоронив военный контур программы.
«Наверху не было ни понимания, ни воли», — отмечает отсутствие новой цели проекта главный конструктор НПО «Молния» Глеб Лозино-Лозинский.
Исследователь проекта Борис Устинов смотрит на ситуацию шире: такую роскошь, как «Буран», могли себе позволить только сверхдержавы вроде СССР и США — и то ненадолго. И шаттл, и «Буран», по его словам, стали «очень красивыми, очень дорогими и в итоге всё-таки тупиковыми ветвями пилотируемой космонавтики».
«Шаттл и «Буран» задумывали как дешёвую космическую маршрутку: каждые две недели запуск, вывод огромных грузов, ремонт спутников с возвращением их на Землю. На практике выяснилось, что обслуживание чудовищно дорого, такого грузопотока нет, возвращать спутники нерентабельно — проще строить новые. Красивые задачи оказались не нужны», — объясняет произошедшее Устинов.
Даже если бы СССР не развалился, считает он, «Буран» пошёл бы по пути американского шаттла — его ждал «долгий, мучительный и неизбежный уход в музей».
Помимо прочего, «Буран» стал заложником своего времени. В 90-е была практически уничтожена инженерная преемственность: многие научно-производственные школы, благодаря которым и удалось сделать автоматическую посадку и сложнейшие системы безопасности, были потеряны.
«Сейчас их пытаются собирать заново, но это уже другой мир, другие условия», — резюмирует Борис Устинов.
Можем повторить?
«Стоит ли расконсервировать наработки и собрать современный аналогичный проект? Наверное, нет. Нужно искать другие пути доставки грузов, космонавтов на орбиту. «Энергия» — очень тяжёлая и дорогая ракета-носитель. Гораздо проще использовать носители, которыми мы сейчас выводим корабли. «Буран» остался в истории как ступень, и это хорошо. Мы отработали возвращаемый корабль, который не сгорает в атмосфере, отработали систему теплозащиты — это был очень сильный шаг вперёд», — отвечает на риторический вопрос о возможном перезапуске проекта «Буран» инженер Виктор Злобин.
Человек необязателен — и в этом была проблема
Единственный полёт «Бурана» в ноябре 1988 года стал не просто техническим успехом СССР. Он оказался экспериментом, который неожиданно дал слишком прямой ответ на один из главных вопросов пилотируемой космонавтики: а действительно ли человек нужен на борту сложной орбитальной системы?
«Буран» стартовал, вышел на орбиту и вернулся на Землю в полностью автоматическом режиме. Без экипажа, без ручного управления, без скидки на человеческую ошибку.
То, что у американских шаттлов всегда оставалось в зоне ответственности пилотов, советская система полностью взяла на себя.
Фактически «Буран» доказал: в рамках околоземной орбиты автоматика способна выполнять все ключевые функции — от выведения на орбиту до посадки — точнее и надёжнее человека.
И именно в этом месте проект столкнулся с неудобным выводом.
Профессор кафедры астрофизики и звёздной астрономии физического факультета МГУ Анатолий Засов ранее отмечал в беседе с ForPost, что на ближайшие десятилетия исследования планет — это прежде всего сфера автоматов: «Сейчас перед человеком не стоит реальных задач по освоению, например, Марса и других планет. Ему там просто нечего делать».
С этой оценкой согласен и учёный секретарь Института космических исследований РАН Александр Захаров. По его словам, современные автоматические аппараты способны выполнять практически весь спектр исследовательских задач без участия человека, а иной подход — пока лишь из разряда самоутверждения.
На первый взгляд, эти тезисы выглядят как раз-таки как аргумент в пользу «Бурана». Ведь советский корабль и стал одним из первых примеров того, как сложнейшая орбитальная миссия может быть выполнена полностью автоматически.
Но именно здесь и проявляется главный парадокс.
«Буран» проектировался как пилотируемый корабль — с системами спасения экипажа, с многоуровневой защитой, с расчётом на человека как часть системы. Но его главный триумф оказался беспилотным: автоматика справилась.
И тем самым под сомнение подпала сама необходимость столь сложного и дорогого пилотируемого комплекса.
Инженер, исследователь проекта Борис Устинов формулирует этот разрыв предельно жёстко: автоматизация в «Буране» оказалась не вспомогательной, а определяющей.
Человек в этой системе был не оператором, а скорее «страховкой на крайний случай» — и именно это делало концепцию уязвимой с точки зрения экономики и смысла.
В итоге «Буран» оказался зажат между двумя эпохами.
С одной стороны — вера в пилотируемую космонавтику как символ присутствия человека в космосе. С другой — инженерная реальность, которая показывала: автоматические системы дешевле, безопаснее и рациональнее.
Этот конфликт не был разрешён ни в СССР, ни позже, уже в эпоху шаттлов и современных ракетных программ.
Именно поэтому вопрос: «Нужен ли человек в космосе» — до сих пор остаётся открытым, несмотря на все технологические достижения.
Маск и его «Буран»
Безусловно, далеко не все люди науки настроены так скептично. Некоторые посматривают в сторону Илона Маска и его ракетной программы SpaceX — что это, если не американский аналог «Бурана»?
Инженер Борис Устинов объясняет, в чём принципиальная разница:
«Сама идея выводить на орбиту целый самолёт с крыльями, хвостовым оперением и тоннами теплозащиты — неэффективна. Всё это нужно только на посадке, но сначала это надо закинуть в космос. Маск пытается найти компромисс, и возврат первой ступени, безусловно, большой успех. Хочу напомнить, что для ракеты-носителя «Энергия» тоже планировался возврат блоков первой ступени с помощью парашютов. Но в своей сверхтяжёлой ракете Илон Маск решил пойти дальше — он хочет возвращать и орбитальный корабль, и это ему почти удаётся. За это он расплачивается низкой полезной нагрузкой. Однако, что самое интересное, ни слова пока не сказано им о безопасности экипажа, а экипаж там, по словам самого Илона, до ста человек!».
Конечно, Маск работает в мире, где уроки шаттла и «Бурана» уже усвоены. Новые игроки строят свои бизнес-модели и технические решения, учитывая эти «грабли», а не вместо них.
«Хорошо, что мы этот путь прошли. Нам понятнее, где тупики. У Маска тоже не всё идеально — его сверхтяжёлые ракеты с многоразовой заправкой в космосе могут повторить судьбу шаттла: очень эффектно, но не факт, что экономически оправданно», — отмечает Борис Устинов.
Так что «Буран» — это не «пра-Маск», а пробник эпохи многоразовости, с которым на практике проверили границы возможного.
Чему нас научил «Буран»?
Если отбросить ностальгию и эмоции, остаются практические уроки. Опыт «Энергии — Бурана» позволяет сделать несколько принципиальных выводов.
Первый вывод, сформулированный в статье РКК «Энергия», звучит так: «Никакая надёжность ракеты не отменяет необходимость реальной системы аварийного спасения, а средства экстренного отделения, катапультирования, нештатного полёта — не опция, а обязательный элемент».
Таким образом, при выборе концепции безопасности приоритет, по мнению создателей «Бурана», всё-таки следует отдавать решениям, которые спасают и экипаж, и корабль.
Да, это дороже и сложнее, но именно так сохраняется технологический задел и оправдывается сама идея многоразовости.
Второй вывод эксперты РКК «Энергия» сформулировали так: «Возможность продолжения полёта при отказе одного двигателя ракеты-носителя — мощный резерв по безопасности. На «Энергии — Буран» это изучали всерьёз; для современных носителей вроде «Ангары-А5М» стоит вернуться к этим исследованиям».
«Странно, что современники забывают об этих программах. Это было великое свершение. Люди отдали жизни, силы, огромные народные деньги. Об этом опыте надо рассказывать, чтобы было понятно, ради чего всё делалось. И чтобы молодёжь не думала, что мы страна «с палкой и резинкой» вместо технологий. Мы умели реализовывать масштабные, дорогостоящие проекты, которые могли бы изменить пилотируемую космонавтику», — говорит инженер Борис Устинов.
И ещё один урок, по его словам, — сугубо для сегодняшнего дня.
В 90-е мы увидели, что даже самые передовые и мощные технические решения умирают без преемственности и смысла.
Инженеры советского времени работали не ради «опционов» и «опционалов», а ради великих идей — пусть они задним числом кажутся романтическими, при этом ещё и непозволительно дорогими.
«Наши предшественники показали, что технически возможно очень многое. Но сегодня у нас нет чётко сформулированной программы исследования космического пространства. Что мы хотим получить — огромные орбитальные станции с искусственной гравитацией и замкнутой биосферой? Базу на Луне или Марсе? Ядерные двигатели для полётов к дальним планетам? А может, нам достаточно автоматических спутников, которые будут обеспечивать нам связь и прогноз погоды? Главный вопрос: а мы сами-то понимаем, куда идём и — зачем?» — неожиданно подытожил Борис Устинов.
***
«Буран» оказался проектом, который слишком прямо ответил на вопросы своего времени. Он показал, что автоматизация возможна, безопасность достижима, а советская инженерная школа способна на большее, чем от неё готовы принять политика и экономика.
Поэтому он и остался в истории не серийным космическим кораблём, а экспериментом.
Сегодня этот опыт всем неудобен: слишком больно напоминает, что технологии сами по себе не ведут вперёд. Ведёт вперёд только понимание — зачем они нужны.
И в этом смысле вопрос, который оставил после себя «Буран», остаётся открытым уже не для конструкторов, а для нас.
Роберт Вочовский
Фото: из личного архива В. В. Злобина
