ASTRONAUTIKA

D. Lazarević

Mikro-kosmoplani

Naslednici „spejs šatla“

Prvi letovi kosmonauta u kosmos i povratak na Zemlju ostvareni su daleko jednostavnijim kapsulama „vastok“ i „merkjuri“, malim kabinama spolja obloženim isparljivim toplotnim izolacionim štitom. Po ulasku u atmosferu i posle obavljenog aerodinamičkog kočenja, spuštale su se padobranima na kopnenu ili vodenu površinu. Letovi su nastavljeni kapsulama „vashod“, „džemini“, „sojuz“ i „apolo“. Uporedo, razvijani su projekti krilatih orbitalnih letelica koje bi, po povratku u atmosferu, letele kao avioni. Takve letelice bi se mogle nazvati kosmičkim avionima, kosmoplanima (engleski: spaceplane, ruski: kosmoljot).

Prednosti kosmoplana u odnosu na kosmičke kapsule su višestruke, povratak u atmosferu je kontrolisaniji, krilata letelica ima daleko veću sposobnost manevrisanja a posada je izložena znatno manjem opterećenju - do 2 g u odnosu na 4-5 g u slučaju kapsula sa mogućnošću ograničenog atmosferskog glisiranja (kao „sojuz“ ili „apolo“) ili čak 9-11 g pri povratku kapsule balističkom putanjom. Projekat malog kosmoplana vojne namene „x 20 dynasoar“ (dimenzija 10x6,34 m i mase oko 5,1 t) razvijan je od 1957, od strane USAF. Trebalo je da se lansira raketom „titan 3“ ali je obustavljen pred početak završ- ne izrade. NASA je vršila eksperimente sa letelicama sa uzgonskim trupom (lifting body) „x24a i B“, „m2f2“ i „hl 10“ koje imaju povoljniji oblik prema opterećenjima pri ulasku u atmosferu. 

Kao raketa i kao avion

U SSSR su vršeni eksperimenti sa modelima tipa „bor“ i razvijani projekti kosmoljota „spiral“, „mig105/ uragan“. Pre završetka programa „Apolo“ NASA je za slede- ći cilj proglasila razvoj krilate letelice višekratnog kori- šćenja koja bi poletala vertikalno, kao klasična raketa, a sletala horizontalno na pistu, kao avion. Nivo tehnologije nije omogućavao da takav sistem bude jednostepen pa je među desetinama najrazličitijih projekata najbliži ostvarenju izgledao dvostepeni sistem kompanije „Nort Ameriken Rokvel“ iz 1969: velikim krilati prvi stepen, mase 1641 t koji bi se podigao na visinu od oko 50 km, odbacio manji kosmoplan i, posle obavljenog suborbitalnog leta, sleteo na pistu. Kosmoplandrugi stepen, mase 395 t, po odvajanju sopstvenim motorima i gorivom iz rezervoara u trupu, ubrzao bi do prve kosmičke brzine i podigao do orbitalne visine sa korisnim teretom od 22 t. Oba stepena trebalo je da kao gorivo koriste tečni vodonik i kiseonik, pri čemu je prvi stepen trebalo da se koristi 200 puta a drugi 50 puta.

„Spejs šatl“ nije ispunio očekivanja

Pošto se dvostepeni sistem pokazao kao vrlo skup, pogotovu njegov prvi stepen, NASA je 1972. promenila koncepciju: lansirni sistem će se sastojati od kosmič- kog aviona koji če nositi motore drugog stepena, gorivo, tečni vodonik i kiseonik, uzimaće iz velikog spoljnog tanka jednokratne upotrebe - a pri lansiranju neophodan je dodatni potisak koji će se postići buster raketama na čvrsto gorivo, koje bi predstavljale prvi stepen.

Tako je nastala koncepcija „spejs šatla“ i njegovog pogonskog sistema. Ukupna masa na poletanju iznosila je oko 2000 t. Najveća masa šatla sa teretom iznosila je oko 110 t. Najveći teret je imao 25 t, spoljni tank sa gorivom je imao oko 760 t, a dve bočne rakete na čvrsto gorivo po 570 t. Zamišljen je kao sistem delimičnog višekratnog kori- šćenja koji će znatno pojeftiniti kosmičke letove i kao kosmički avion koji redovno saobraća između Zemlje i njene orbite; svaki je trebalo da se koristi do 50 puta. Očekivalo se da cena lansiranja po 1 kg korisnog tereta bude deset puta manja od cene pri korišćenju raketa jednokratne upotrebe, da redovno snadeva orbitalnu stanicu „Freedom“ i da na Zemlju vraća proizvode tehnologije stvorene u uslovima mikro-gravitacije.

Ali, dogodilo se suprotno: cena lansiranja korisnog tereta „spejs šatlom“ je znatno porasla i iznosila je 18000 dolara po 1 kg, a primenom raketa jednokratne upotrebe cena je iznosila oko 4-5.000 dolara po 1 kg. Ako bi se računali i troškovi razvoja projekta „spejs šatla“, oni bi bili tri puta veći, tj. umesto da se troškovi lansiranja smanje, višestruko su povećani. Posle obavljenog leta, priprema za naredni let „šatla“ zahtevala je najmanje 60 dana, pri čemu je najveći posao bio provera zazora i naleganja pločica toplotne izolacije. Iako su tri glavna motora „ssme“ na tečni vodonik i kiseonik vraćena na ponovno korišćenje, njihovo obnavljanje, pre svega složenog sistema turbo-pumpi, takođe je zahtevalo veliki broj radnih sati. Ukupan broj radnika koji su vršili provere i obnavljenje svih sistema „šatla“ bio je oko 25.000.

Skup i rizičan projekat

Prazni busteri na čvrsto gorivo koji se padobranima spuštaju na površinu Atlantika i prihvataju brodovima koriste se za reciklažu; neki delovi su po šest puta korišćeni a kritičari programa naveli su da je ostvarena ušteda od samo 10%. Motori sistema „oms“ koji su uvodili „šatl“ u orbitu i sistem za manevrisanje „rcs“ koristili su hipergolično gorivo koje je toksično pa njihova priprema nije mogla da se obavlja paralelno sa radom na drugim sistemima.

Nesreće koje su se dogodile sa „čelendžerom“ 1986. i „kolumbijom“ 2003. imale su različite uzroke; ali, u oba slučaja stradale posade nisu imale nikakav sistem za spasavanje - mada bi jedini efikasan mogao biti u vidu čvršće odbacive kabine sa posebnom toplotnom izolacijom. To bi svakako smanjilo masu korisnog tereta u prtljažnom prostoru. Gubitak života astronauta predstavljao je naskuplju cenu i bacio je senku na čitav projekt koji je imao i izvesne tehnološke uspehe. Jedan od tih uspeha bio je stalno smanjenje mase tanka za tečni vodonik i kiseonik, koja je sa 35 t postupno smanjena na 26,5 t. Zahvaljujući tome, mogao je da se poveća koristan teret ili masa goriva u sistemu „oms“, što je omogućilo postizanje veće visine orbite i nagiba orbite ISS - od 52 stepena. Posle obavljenih 135 lansiranja (1981-2011) sa pet letelica tipa „spejs šatl“ („kolumbija“, „čelendžer“, „diskaveri“, „atlantis“ i „endevor“) obustavljeni su dalji letovi a čitav projekat je ocenjen kao previše rizičan, složen i skup. 

Još jedan kosmički let

Šatlovi su imali i konkurenta: SSSR je 1988. lansirao sopstveni kosmički avion „buran“. Lansiran je raketom „energija“. U režimu leta bez posade, obavio je dva kruga oko Zemlje i, posle uspešnog atmosferskog kočenja, automatski sleteo na pistu u Bajkonuru. Po veličini i obliku nastao je pod očiglednim uticajem američkog prethodnika. Ali, za razliku od njega, „buran“ ne nosi motore drugog stepena - oni se koriste jednokratno i odbacuju sa centralnim drugim stepenom rakete „Energija“. Zbog toga je imao nešto bolju aerodinamiku i veće mogućnosti manevrisanja pri sletanju na pistu. Projekat „Buran“ je obustavljen posle raspada SSSR-a, ali je ta letelica druga, nešto malo drugačija vrsta kosmoplana od šatla, koja je uspešno obavila kosmički let.

NA DRUGIM STRANAMA SVETA

Izgradnji kosmoplana je, od ostalih zemalja, tehnološki svakako najbliža Rusija. Iskustvo sa velikim „buranom“ i projektima sa uzgonskim trupom „bor 4“ i „bor 6“ predstavljaju dobru osnovu za buduće poduhvate. Projekti mikrokosmoljota „kliper“ ili „maks“ koji bi poletao sa aviona „an 225“, za sada su obustavljeni i sve zavisi od toga da li će političari ili vojni vrh doneti odluku da se nešto tako i napravi - možda i pod uticajem američkih eksperimenata sa „x37b“. Francuska je započela a ESA je nastavila da razvija sopstveni program mikro- šatla nazvanog „hermes“. Prema projektu iz 1987, masa bi mu iznosila 21 t, zajedno sa odbacivim konusnim adapterom na zadnjem delu, dužina 19 m, a mogao bi da ponese oko 3 t tereta i 4 astronauta. Trebalo je da bude lansiran raketom „ariana 5“ 1998, ali je čitav program prekinut 1992. delimično pod uticajem nesreće šatla „čelendžer“.

ESA je eksperimentisala sa modelom mikro-kosmoplana „feniks“ ali je i taj projekt obustavljen. Japan je vršio eksperimente sa modelom kosmoplana u projektu „Hope“ ali je taj projekt ugašen zbog nedostatka sredstava. Kina je, verovatno pod uticajem „x37b“, eksperimentisala sa sopstvenim modelom mikrokosmoplana „šenlong“. Navodno je obavljen eksperimentalni suborbitalni let 2011. ali je nepoznato do kog nivoa je projekt stigao i da li je uopšte nastavljen. Indija ima vrlo ambiciozne planove razvoja aerokosmičkih sistema u programu „Avatar“. Sopstveni model mikrokosmoplana „rlv-td“ mase 1,75 t i dimenzija 6,x3,6 m, 2016. eksperimentalno je lansirala u suborbitalni let.

 Ništa od „aerospajk“ motora

NASA je planirala da, posle „šatla“, koristi novi, tehnološki još ambiciozniji, jednostepeni sistem „ssto“, potpunog višekratne upotrebe. Prihvaćen je projekt kompanije „Lokid Ventura Star“ koji je razmatrao primenu kosmičke letelice delta oblika, sa uzgonskim trupom startne mase oko 1000 t. Podrazumevao je primenu potpuno novih tehnoloških rešenja kao što su: toplotna izolacija na osnovu metalne oplate i tzv. „aerospike“ motori na tečni vodonik i kiseonik.

Ta inovativna rešenja su zahtevala proveru na manjoj eksperimentalnoj letelici „x33“. Posle problema sa njom, NASA je obustavila taj program i letove astronauta planirala na sigurnijim kapsulama, na „Lokidovom“ „orionu“, „dragonu“ kompanije „Spejs eks“ i „Boingovom“ „CST 100“NASA se, ipak, nije potpuno odrekla istraživanja prednosti koje imaju kosmoplani. U saradnji sa USAFom, obavljala je eksperimentalne letove sa mikro-šatlom „x37b“, proizvedenim u kompaniji „Boing“. To je bespilotna letelica mase oko 5 t, dimenzija 8,92x4,55 m, koju u Zemljinu orbitu diže raketa nosač „atlas 5“. Ova letelica je treći tip kosmoplana koji je uspešno obavio kosmičke letove i sleteo na pistu. Do sada su dva primerka „x37b“ obavila četiri leta: prvi je bio 2010. u trajanju od 7,5 meseci, što je neprekidno produžavano, da bi poslednji, četvrti po redu, lansiran 2015, posle gotovo dve godine u Zemljinoj orbiti, sleteo maja 2017. na pistu Kenedijevog svemirskog centra. Cilj NASA-e u projektu „x37b“ je da proveri usavr- šeniji toplotni štit i hipersoničnu aerodinamiku a cilj USAF - da razvije izviđačku letelicu koja bi mogla, za najkraće moguće vreme, za oko 40 minuta, da bude lansirana u nisku Zemljinu orbitu i preleti i snimi oblasti od posebnog interesa. „Boing“ je razradio i planove za uvećanu varijantu „x37c“ koja bi mogla da prevozi i astronaute.

Kompanija „Siera Nevada“ je razvila sopstvenimikro-kosmoplan, letelicu uzgonskog trupa nazvanu „dream chaser“. Ona je nastala na osnovu projekta „HL20“ a u orbitu bi trebalo da je ponese raketa „atlas 5“ ili evropska „ariana 5“. Masa letelice u pilotiranoj varijanti bi trebalo da iznosi oko 11,3 t, a dimenzije su 9x7 m. Razvoj i ispitivanje prototipa je u početku finansirala NASA, a kompanija „Lokid“ je izradila trup drugog prototipa. Uspešno su obavljeni aerodinamički testovi na manjim modelima ali je, posle odvajanja od helikoptera prilikom automatskog sletanja prvog prototipa, zbog otkaza stajnog trapa, taj deo prilično oštećen.

Eksperimentalna sletanja sa drugim prototipom do sada nisu prikazana javnosti. NASA nije prihvatila da finasira razvoj pilotirane varijante tako da će ova letelica, na osnovu ugovora iz 2016, biti korišćena u bespilotnoj teretnoj varijanti za snabdevanje orbitalne stanice ISS. Predviđeno je da se obavi šest letova do 2024. Teretna varijanta može da ponese oko 5 t tereta ali i da vrati na Zemlju osetljive proizvode tehnologije mikrogravitacije pošto opterećenje pri aerokočenju ne prelazi 1,5 g. Kompanija ne odustaje od varijante za prevoz astronauta. Ponudila je svoj mikro-kosmoplan i evropskoj ESA-i, kao i kosmičkim turistima, i u okviru OUN svim državama zainteresovanim za kosmičke letove koje nemaju za to tehničke i ekonomske mogućnosti. Prvi let bespilotne varijante se očekuje 2019. a veoma je neizvesno kada bi usledio let pilotiranog „dream chasera“.

Za jedan dan, ponovo u svemir

NASA je naručila od kompanije „Boing“ izradu bespilotnog raketoplana „xs-1“ koji bi predstavljao prvi stepen lansirnog sistema a drugi bi bila raketa jednokratne upotrebe koja bi u Zemljinu orbitu mogla da podigne manje satelite, mase do 1,36 t. Prvi stepen bi se, posle spuštanja na pistu, za jedan dan spremio za novo lansiranje. Za sada nije objavljeno do koje bi se visine podigla ova letelica nazvana „phantom express“ i pri kojoj brzini bi lansirala raketu sa satelitom - tako da se možda ne bi računala u kosmoplane, ali svakako doprinosi razvoju te tehnologije. Prvi let protipa se očekuje 2019. Kompanija „Boing“ bi mogla, na osnovu integrisanog iskustva sa „x37b“ i „xs-1“, da napravi dvostepeni sistem sa oba krilata stepena, kakvi su bili razmatrani pre „šatla“

D. Lazarević

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"