SERV / MURP: космический корабль Chrysler
Схематическая схема CHRYSLER'S SERV, необычное предложение шаттла VTOL для NASA в 1969-71 годах. Это окончательный вариант, который мог бы установить капсулу экипажа сверху, как показано здесь, или капсула могла бы быть заменена на MERP D-10, показанный в правом верхнем углу. Изображение из документа NASA 1971 года Project SERV.
Претендент на должность космического челнока в НАСА. В отличие от всех других возможностей, возникших в ходе раннего развития шаттла, это был приземистый одноступенчатый ракетный ускоритель, который мог выйти на орбиту, выпустить небольшой корабль экипажа или грузовой контейнер, вернуться на Землю баллистически и мягко приземлиться на своей первоначальной стартовой площадке с помощью реактивных двигателей. Обе секции корабля были многоразовыми.
Многоразовый космический челнок первоначально был небольшой частью большой программы НАСА после Аполлона, но с годами 1969-1971 стало все более ясно, что это было все, что они собирались получить от этой программы. В результате конкуренция за его строительство была интенсивной, и по меньшей мере дюжина предложений—запрошенных и незапрошенных—пришли к ним, прежде чем они выбрали подход “крылатый орбитальный корабль-внешний танк-два боковых ускорителя”, который фактически закончился постройкой.
НАСА дало понять, что их в первую очередь интересует крылатый орбитальный корабль, и поэтому почти все полученные ими предложения исходили именно с этой базы. Но они явно не исключали другого подхода. Chrysler произвел единственное заметное предложение, которое пришло из-за пределов коробки.
Первая итерация SERV / MURP появилась в ноябре 1969 года в рамках этапа а конкурса. Chrysler уже сделал много работы для NASA, поскольку они были теми, кто построил Saturn I-C (первую и самую большую ступень Saturn V), и с завершением программы Apollo они хотели продолжать использовать сборочный завод Michoud в Новом Орлеане, который они использовали для его изготовления. Их новое предложение начиналось с интересного решения основной проблемы: два требования к шаттлу-грузоподъемность и дальность полета-не совпадали. Сделав космический корабль лучше в любом из них, мы бы съели друг друга. Идея Chrysler состояла в том, чтобы разделить эти две возможности.
Один модуль (MURP, пилотируемый разгонный блок многоразового использования) был пилотируемым орбитальным кораблем, переданным на аутсорсинг McDonnell Douglas. Он имел высокую дальность полета, но не имел реальной грузоподъемности, в то время как другой (серв, одноступенчатый орбитальный многоразовый корабль) был бы одноступенчатым орбитальным ускорителем без реальной способности перемещаться по дальности, но с огромным грузовым отсеком. Серв и МЕРП будут соединены, а ракета-носитель поднимет орбитальный корабль, который сидел на его кончике. Ракета—носитель отделится один раз на льве, доставит свой груз, а затем вернется на мыс Канаверал, в то время как орбитальный корабль может нести своих людей на их веселом пути туда, куда они направлялись-будь то предполагаемая космическая станция НАСА или стыковка с инжекционными ступенями, направленными к Луне.
MURP был довольно простым крылатым кораблем, основанным на подъемном теле HL-10, которое НАСА испытывало с 1966 года. В первоначальном предложении было фактически два Мерса: один больше (Д-34) и один меньше (Д-10). У Д-34 было 85 кубических метров внутреннего грузового пространства, в то время как меньший имел только 5 кубических метров, но составлял разницу с цилиндрическим грузовым отсеком, прикрепленным к его кормовому концу. Поскольку в цилиндре было более эффективно использовать материалы для ограждения пространства, Д-10 был значительно легче своего более крупного собрата, 11 640 килограммов по сравнению с 16 150. Оба корабля будут принимать по два экипажа и перевозить до десяти пассажиров, и у каждого было только небольшое количество топлива—серв должен был вывести его на орбиту, поэтому ему нужно было только иметь возможность самостоятельно перейти на более высокую орбиту космической станции и выполнить де-орбитальный ожог. Он будет покрыт напыленной силиконовой абляционной кожей (очищенной и обновленной после каждого рейса), которая защитит его от повторного входа, и он сможет приземлиться на любой посадочной полосе разумной длины.
В то время как MURP был интересен, это была по существу только очень маленькая версия того, что предлагали другие претенденты на контракт шаттла. Там, где Chrysler наиболее сильно отличался от своих конкурентов, был с сервом.
Серв был бы приземистой ракетой, фактически шире, чем он был высок; даже с мерсом на вершине, он был бы только 38,5 метров в высоту по сравнению с 28 метрами в ширину. В отличие от этого, фактически построенный космический челнок был высотой 56,1 метра.
У него были эти измерения, потому что он возвращался с орбиты баллистически и на самом деле напоминал гигантскую капсулу Аполлона. Этот выбор позволил серву извлечь выгоду из лет аэродинамических исследований, приведенных в эту форму. Максимальная температура составляла 1700 градусов по Цельсию, на самом верхнем краю тупой нижней стороны, поэтому она имела тепловой экран из силиконового абляционного материала, встроенного в металлическую сотовую структуру, отдельные секции которой можно было менять местами.
Чтобы выйти на орбиту, серв использовал еще одно новшество-аэростатический двигатель. Типичное выхлопное сопло на ракетном двигателе имеет форму колокола, что имеет особый эффект, делающий двигатель наиболее мощным при одном определенном давлении воздуха. Другими словами, ракета теряет эффективность, если она работает на высоте ниже или выше той, на которую она настроена—и, конечно же, орбитальная ракета должна проходить через весь диапазон высот от уровня моря и выше. Аэрозоль, с другой стороны, инвертирует колокол так, что вогнутые кривые находятся снаружи—теперь одна половина колокола является твердой, в то время как другая половина образуется атмосферой, толкающей в сторону выхлопа. Это имеет эффект непрерывного увеличения размера воображаемого колокола по мере падения давления воздуха, реконфигурация на лету, которая поддерживает эффективность двигателя вверх. Кроме того, сервомотор должен был быть чрезвычайно мощным: 32 килоньютона силы, по сравнению с фактическими SSMEs космического челнока в 1,9 кн (из которых у орбитальных челноков было три), или даже самые мощные жидкостные двигатели, когда-либо построенные, ракета РД-170 "Энергия" в 7,9 кн.
В результате он был настолько мощным, что мог самостоятельно выйти на орбиту, даже с мертвым грузом МЕРПА, прикрепленным к его вершине. В целом он мог поднять до 39 тонн на лев с его единственной ступенью, около 40% от того, что мог сделать гораздо более массивный Saturn V. Ко времени предложения фазы B в 1971 году Chrysler попытался сделать серв более привлекательным, добавив к возможным модулям, которые могли бы быть сопряжены с его вершиной. Помимо MURP, они придумали баллистическую пассажирскую капсулу, похожую по размеру и форме на Apollo CM (который был дешевле и меньше, чем даже D-10, и поэтому серв мог поднимать еще больше груза), высокий коэффициент тонкости носового шипа, который сделает беспилотную версию корабля более аэродинамичной, чтобы она могла поднимать еще больше, и, наконец, ядерная ракета, запущенная верхняя ступень, которая идеально подходит для полетов на Луну или пилотируемых поездок на Марс.
По своему баллистическому возвращению на землю серв мог целиться в область около 15 километров в диаметре, но, к сожалению, это было недостаточно точно, чтобы соответствовать требованиям НАСА. Неустрашимый Chrysler предложил разместить кольцо из 28 реактивных двигателей с соответствующими воздухозаборными дверями вокруг края толстого корпуса Серва, внутри его обтекателя, чтобы их профиль не нарушал плавную аэродинамику ракеты-носителя. Они будут работать на высоте 7600 метров, глотая воздух для окислителя (и сохраняя некоторый вес, делая это, а не используя жидкий кислород) и подталкивать серв еще ближе к своей цели. Он мог даже парить до тех пор, пока его реактивное топливо выдерживало. С помощью реактивных двигателей он мог приблизиться к своей цели на 75 метров. Две специальные посадочные площадки должны были быть построены на мысе Канаверал прямо рядом со зданиями технического обслуживания на берегу реки банан, чтобы возвращающиеся сервы могли быть доставлены для проверки и ремонта после миссии.
С такой производительностью Chrysler указал на своем этапе предложение о том, что SERV будет в пределах поразительной дистанции от предоставления коммерчески жизнеспособной суборбитальной “космической авиакомпании” между крупными городами. Почти до любой точки Земли было сорок минут езды. Главным камнем преткновения стала стоимость топлива, которая довела стоимость билета примерно до 33 000 долларов США (в валюте 1969 года). Chrysler несколько произвольно посчитал, что расходы на топливо упадут на три четверти, учитывая объемы, которые будут сделаны для удовлетворения требования НАСА о том, что любой шаттл должен будет летать по графику наказания примерно три раза в месяц. При таких обстоятельствах расходы на одного человека составят всего лишь около 10 900 долл. США
Если бы контракт был заключен 1 января 1973 года, Chrysler ожидал, что первый испытательный полет SERV/MURP будет ближе к концу 1977 года, а первый эксплуатационный полет-в первом квартале 1978 года. Общая стоимость полета четырех сервов с тремя Марпами оценивалась в 10,01 миллиарда долларов США, включая операции до конца 1986 года.
Что случилось, чтобы заставить его потерпеть неудачу: серв, как и предполагалось, имел ряд небольших преимуществ перед космическими планерами, которые были представлены НАСА в конкурсе шаттлов, поэтому немного удивительно, что он вообще не получил тяги. Хотя она действительно прошла через фазу А и вошла в фазу в, ее никогда всерьез не рассматривали.
Причина этого является спекулятивной, поскольку это была такая вещь, которая не получает много документации. Любой проект в НАСА нуждался в широкой аудитории, и серву не удавалось сделать его вне чертежной доски, потому что его особенности обращали всех возможных сторонников против него. Руководство НАСА пришло к выводу, что большой космический самолет-это правильный путь, и разрешило только другие мероприятия в качестве sop для должной осмотрительности. Астронавтам НАСА не понравилось, что серв (как в конечном счете предусматривалось в предложении фазы B) мог летать беспилотными, только грузовыми миссиями. И инженеры NASA были обеспокоены подходом двигателя SSTO/Aerospike, который очень чувствителен к весу и тяге. Предельные отказы в соответствии с предлагаемыми характеристиками двигателя или весом ракеты могут радикально уменьшить полезную нагрузку, которую можно нести на НОО, или даже вообще не допустить выхода корабля на орбиту.
То, что было необходимо для его успеха: помимо отсутствия поддержки, только что упомянутые маргинальные неудачи были самой большой проблемой, которую имел SERV/MURP. Как и предполагалось, он выглядит намного лучше, чем шаттл, который был фактически построен, но, конечно, предложения для фактического шаттла были гораздо более сопоставимы. Помимо двигателя aerospike, серв / MURP нуждался в ряде технологий, которые были менее хорошо разработаны, чем то, что входило в настоящий Шаттл. Если бы реальный Шаттл шел со временем (он сделал, на несколько лет) и бюджетом (он сделал, примерно на миллиард долларов) во время разработки, что случилось бы с сервом, который даже в своем предложении будет дороже и займет больше времени? MURP полагался на метод Абляционного покрытия, который был близок к катастрофе в тот единственный раз, когда он был использован, на X-15A-2, когда этот корабль был почти потерян из-за того, что его вентральный стабилизатор почти сгорел. Серв был намного больше, чем капсула Аполлона—разумно ли было ожидать, что он будет иметь такой же профиль нагрева?
В конечном счете, это невозможно быть уверенным. Легко взять НАСА на задание для выбора консервативного дизайна, который оказался гораздо более маргинальным космическим аппаратом, чем они надеялись, но факт остается фактом, что с аналогичной неудачей на серве они могли бы закончить с чем—то, что вообще не могло летать, и их попросили потратить большую часть своего бюджета на это в течение нескольких лет. Поскольку у них не было преимущества ретроспективного взгляда, становится легко понять, почему они пошли на более консервативный подход.
Поэтому, чтобы заставить серв летать, вам нужно сделать так, чтобы он был менее радикальным из двух вариантов. Большой крылатый орбитальный корабль космического челнока имел преимущество лет аэродинамических и тепловых исследований на других самолетах, таких как ASSET/PRIME, X-15, HL-10 и X-24A. исключите это, и орбитальный корабль внезапно становится неизвестным, и в этот момент серв, связанный с баллистической капсулой экипажа (а не MURP), начинает выглядеть намного более привлекательным.
