Naveta spațială sovietică (Buran) a reprezentat un mare, și promițător, succes tehnologic. Din nefericire au existat multe probleme, despre care am aflat foarte târziu, care au împiedicat intrarea ei în etapa operațională. Este trist că rușii nu au avut resursele să le depășească, abandonând fără milă proiectul. Buran, naveta sovietică, a fost lăsată într-o cumplită uitare…
Așa cum vă spuneam, în 1976, printr-un decret al Comitetului Central al Partidului Comunist al Uniunii sovietice, s-a decis construirea unui sistem spațial reutilizabil, care să transporte pe orbita terestră sarcini de 30 t și să readucă pe Terra sarcini de 20 t. Proiectul a fost încredințat institutului NPO Energia, care, la acea vreme era condus de către Valentin Glușko. Despre Glușko, unul dintre fondatorii cei mai importanți ai programului spațial sovietic, v-am povestit în serialul Ratarea Selenei.
Echipa lui Glușko lucra deja de câțiva ani la proiectarea unor lansatoare capabile să plaseze pe orbita terestră sarcini foarte mari. Este vorba despre seria RLA. Configurația de bază a familiei de rachete RLA consta dintr-o treaptă centrală care era completată cu boostere laterale, mai multe sau mai puține, în funcție de sarcina utilă care urma să fie plasată pe orbită. În 1974, pe 13 august, Glușko prezenta, în cadrul unei conferințe trei variante: RLA-120, RLA-135 și RLA 150. Toate erau echipate cu motoare care foloseau, drept combustibil, kerosen sau sintin (o hidrocarbură sintetică care avea să fie folosită pentru lansatoarele Soiuz U2). RLA-120 putea plasa pe orbită sarcini utile de 30 t. RLA-135 avea patru boostere și putea plasa pe orbită sarcini utile de 100 t, fiind dedicată programelor selenare, iar RLA 150, avea opt boostere, putând plasa pe orbita terestră sarcini de 250 t și era propusă pentru misiuni către Marte.
Glușko își iubea foarte mult familia de rachete RLA, așa că, în 1975, a propus amplasarea unei navete spațiale în vârful lansatorului RLA-135, ca și cum ar fi fost o sarcină utilă convențională. Calculele au arătat rapid că această soluție este una ineficientă. Presiunea aerodinamică din timpul lansării era foarte mare, ceea ce impunea întărirea treptei centrale. Asta însemna o reducere semnificativă a masei navetei spațiale.
Mai exista o variantă: imitarea îndeaproape a navetei spațiale americane. Proiectul a primit și un nume: OS-120. Se pleca de la ideea că trebuie realizat un sistem capabil să plaseze pe orbită 30 t și să readucă pe Terra 20 t, atât și nimic mai mult. Nu mai era nevoie de un lansator capabil să trimită pe orbită 100 t. Oricum RLA-135 era propus pentru misiuni către Lună… Glușko trăia un adevărat coșmar. Ar fi trebuit să renunțe la dezvoltarea familiei de lansatoare RLA, în care își pusese tot sufletul…
De proiectarea sistemului OS-120 s-a ocupat o echipă de aproape 80 de ingineri condusă de către Igor Sadovski. Se încerca realizarea unei copii la indigo a navetei spațiale americane. Naveta sovietică ar fi fost echipată tot cu trei motoare rachetă care foloseau drept carburant hidrogenul lichid. Ei îi era atașat un uriaș rezervor extern și două boostere. Inițial, echipa lui Sadovski a propus să imite naveta spațială americană și să folosească boostere cu combustibil solid. Ideea a fost abandonată rapid. Uniunea Sovietică nu avea capacitatea industrială pentru a produce boostere cu combustibil solid suficient de puternice. Oricum, folosirea lor era problematică în condițiile climatice extreme din zona cosmodromului de la Baikonur. Din aceste motive specialiștii sovietici au optat pentru folosirea a două boostere, înalte de 40,75 m, echipate cu câte un motor RD-123, care folosea kerosenul drept carburant.
La rândul său, orbiterul era echipat cu trei motoare RD-0120, care foloseau drept carburant hidrogenul lichid. Motoarele de corecție orbitală erau întrutotul similare celor americane, cu o mică diferență: sovieticii foloseau drept combustibil dimetil hidrazina, în timp ce americanii utilizau monometil hidrazina.
Exista o diferență majoră între naveta spațială sovietică și cea americană. Cea dintâi era echipată cu două motoare cu combustibil solid largabile, care intrau în funcțiune în cazul apariției unor probleme grave pe parcursul traiectoriei către orbită pentru a îndepărta rapid naveta spațială de restul sistemului. Masa totală a vehiculului, la lansare, era de 2.380 t, cu 400 t mai mare decât cea a navetei spațiale americane.
Proiectul OS-120 avea câteva probleme grave, greu de depășit de către echipa lui Igor Sadovski. Naveta spațială era proiectată ca un vehicul reutilizabil, ceea ce implica necesitatea ca și cele trei motoare RD-0120, cu care era echipată, să fie, la rândul lor, reutilizabile. Asta era o sarcină imposibilă pentru industria spațială a URSS, care avea prea puțină experiență în domeniul motoarelor rachetă cu hidrogen lichid. A doua problemă era masa navetei. Era atât de mare încât nu putea fi transportată cu nici un existent la acea vreme în Uniunea Sovietică.
O soluție de compromis
Problemele de mai sus erau suficient de grave, pentru a obliga echipa lui Sadovski să se îndrepte către un compromis. Pur și simplu s-au mutat motoarele rachetă, de pe naveta spațială, pe ceea ce inițial era ”rezervorul central”. Compromisul acesta avea și un mare avantaj: se obținea un nou lansator universal, care putea plasa pe orbita terestră nu numai naveta spațială sovietică, ci și alte sarcini utile. În plus, prin adăugarea de boostere suplimentare, se putea crește foarte mult masa sarcinii utile care putea fi plasată pe orbită. Se revenea, oarecum, la familia de lansatoare care îi era atât de dragă lui Glușko…
Echipa lui Sadovski a redactat un raport intitulat ”Sistem spațial reutilizabil cu nava orbitală OK-82”, în care se făcea o comparație aprofundată între versiunea inițială, OS-120 și cea de compromis. Raportul a fost înaintat pentru a fi semnat de către Glușko, înainte de a fi trimis către forurilor superioare. Era un moment trist pentru pionierul zborului spațial. Deși noul proiect readucea la viață familia de rachete propusă de el, semnarea documentului implica abandonarea completă a bazelor selenare la care visa de foarte multă vreme. Raportul a fost semnat pe 9 ianuarie 1976. Glușko ar fi exclamat imediat: ”Este «sâmbăta neagră» a cosmonauticii sovietice!”. El se referea, probabil, la reprimarea brutală a unei manifestații pașnice de către gărzile imperiale ale țarului Nicolae al II-lea, care avusese loc cu exact 71 de ani în urmă.
Proiectul OK-82
Noul lansator a primit numele de cod RLA-130. El era alcătuit dintr-un corp central, echipat cu trei motoare RD-0120, și patru boostere laterale, echipate cu câte un motor RD-123. Masa totală a sistemului, lansator plus naveta spațială, a rămas aceeaşi, 2.380 t, ca în cazul proiectului OS-120. De această dată masa navetei spațiale era mult mai mică: 116,5t față de 155,35 t, în varianta OS-120.
Deoarece noua navetă spațială a sovieticilor nu mai era echipată cu motoarele rachetă, necesare lansării, inginerii sovietici au venit cu o idee ingenioasă: să echipeze naveta cu două motoare turboreactoare, care urmau să intre în funcțiune după reintrarea în atmosferă, la altitudini cuprinse între 5 și 8 km. Cu ajutorul lor, naveta spațială putea să își aleagă traiectoria de zbor prin straturile dense ale atmosferei și în plus, putea ateriza pe piste obișnuite.
Pe timpul zborului orbital, naveta spațială sovietică folosea două motoare rachetă de manevră, amplasate lângă fiecare dintre cele două turboreactoare, și aceleași motoare de corecție folosite la proiectul OS-120. De asemenea, în această etapă, au fost păstrate și motoarele rachetă cu combustibil solid, largabile, care ar fi trebuit să intre în funcțiune dacă apăreau probleme grave pe traiectoria de lansare.
Naveta spațială sovietică, spre deosebire de cea americană, urma să fie echipată, nu cu unul, ci cu două brațe robot, care urmau să fie folosite pentru extragerea și aducerea de sarcini utile din, și în, interiorul calei navetei. Tot ele urmau să fie folosite pentru a efectua operațiuni de andocare la viitoarele stații spațiale sovietice.
După semnarea decretului din 1976, lucrurile au intrat în linie dreaptă, Au fost reverificate conceptele inițiale s-au adus unele modificări. Cele mai importante dintre ele au constat din adăugarea celui de al patrulea motor la corpul central și echiparea boosterelor cu un motor rachetă de tip RD-170, care avea patru camere de ardere. De asemenea s-a renunțat la rachetele cu combustibil solid, folosite pentru abandonarea misiunii. În locul lor s-a preferat folosirea de scaune ejectabile pentru fiecare dintre membrii echipajului și amplasarea unor mici motoare rachetă cu combustibil solid pe vârful navetei, care aveau rolul doar de a îndepărta vehiculul orbital de corpul central, după care ar fi putut să zboare liber către sol.
Complexul Energia-Buran
Proiectul OK-82 a stat la baza a ceea ce avea să devină complexul Energia-Buran. Nu am să încerc să intru prea mult în detalii tehnice, cred că, în lumea grăbită a secolului XXI, aș risca să plictisesc. Voi încerca doar să subliniez câteva lucruri care, sper, vă vor putea ajuta să vă imaginați această realizare colosală a inginerilor sovietici.
Așa cum v-am spus deja, atunci când v-am prezentat proiectul OK-82, complexul Energia-Buran a fost construit în jurul unui corp central care era echipat cu 4 motoare de tip RD-0120, care foloseau drept carburant hidrogenul lichid. Înălțimea lui era de 58,7 m și un diametru maxim de 7,75 m. Masa totală, complet alimentat era de 776 t. Ca și în cazul navetei spațiale americane, corpul central era acoperit cu un strat izolator termic realizat din spumă poliuretanică. Inițial, inginerii sovietici nu au avut în vedere acest strat de izolație termică, dar, în cele din urmă, și-au dat seama că există riscul ca gheața formată pe suprafața corpului central, din cauza temperaturii extrem de scăzute a carburantului și oxidantului lichide ar putea avaria naveta spațială pe timpul decolării.
Boosterele laterale, în număr de patru, aveau o înălțime de 39,4 m și un diametru maxim de 3,9 m. Masa totală, complet alimentat, era de 372 m. Fiecare booster era echipat cu un motor cu patru camere de ardere, de tip RD-170, care folosea kerosenul drept carburant. În proiectul inițial s-a avut în vedere recuperarea boosterelor cu ajutorul unor parașute, dar ele nu au fost folosite la cele două lansări ale rachetei Energia.
Acum voi vorbi un pic mai mult de naveta spațială sovietică.
Buran era o navă spațială echipată cu o aripă în formă de dublu delta, capabilă să transporte pe orbită diferite sarcini utile și să se reîntoarcă pe Terra în zbor planat controlat. Buran avea o lungime de 36,37 m, un diametru maxim de 5,5 m și o anvergură a aripilor de 23.92 m. Structura ei era realizată în mare parte din aliaje de duraluminiu, similare celor folosite în industria aeronautică, capabile să reziste la temperaturi cuprinse între -130 și +150 grade Celsius.
Masa maximă la decolare era de 105 t (110 t, în cazul navetei spațiale americane), din care sarcina utilă putea ajunge până la 30 t (24,310 t, în cazul navetei spațiale americane). Echipajul putea fi format din maximum 10 cosmonauți.
Izolația termică a navetei spațiale sovietice, capabilă să protejeze vehiculul de temperaturile uriașe de pe perioada fazei de reintrare în atmosfera terestră, sunt realizate, evident, cu ajutorul ”inspirației” furnizate de spionajul sovietic. Nu există nici o referință în care să se arate că institutele de cercetare din URSS au fost implicate în dezvoltarea unor izolatoare termice de tipul celor folosite la naveta Buran. Naveta spațială sovietică era acoperită cu 38.000 de plăci rezistente la temperatură, realizate din fibre din siliciu amorf. Ele protejau zonele în care, pe timpul reintrării în atmosferă, temperatura putea atinge valori cuprinse între 700 și 1.250 grade Celsius. Pentru zonele în care temperaturile erau mai mari s-au folosit, la fel ca la naveta spațială americană, Zonele în care temperatura la reintrare în atmosferă atingea 1.650 grade Celsius (botul, suprafețele bordurilor de atac la aripilor și ampenajelor etc) erau protejate cu plăci realizate din fibre armate din carbon-carbon.
Avionica navetei spațiale sovietice era mai avansată decât cea a navetei americane. Ea îi permitea să execute întreg zborul în regim complet automat.
Planul de zbor
Cele patru motoare ale corpului central erau pronite la momentul T -9,9 s. La T -3,7 secunde erau pornite și motoarele boosterelor laterale. Până la momentul T 0, tracțiunea lor creștea treptat. Dacă sistemele de la bordul lansatorului identificau vreo problemă, motoarele erau oprite automat, fără nici o intervenție umană.
Imediat după desprinderea de rampa de lansare erau efectuate manevre pentru modificarea orientării lansatorului, astfel încât să se înscrie pe traiectoria stabilită pentru plasarea pe orbită. Timp de jumătate de minut toate motoarele lansatorului funcționau cu o forță de tracțiune subnominală, pentru a reduce sarcinile aerodinamice. Imediat după trecerea de straturile dense ale atmosferei ele erau trecute pe regim nominal. La momentul T +2m24s, motoarele boosterelor erau oprite și, după alte două secunde, erau largate.
La momentul T +7m47s erau oprite și motoarele corpului central. După alte 15 s, Buran era largată, iar corpul central, care urmă să ardă deasupra Oceanului Pacific. În momentul separării, Buran avea o viteză insuficientă pentru a se putea înscrie pe orbita terestră. Din acest motiv era pornit unul dintre cele două motoare de manevră orbitală, care funcționa un timp cuprins între 11 și 40 de minute. Durata de funcționare era calculată de sistemul computerizat al navetei Buran.
Pe timpul lansării suprasarcina suportată de cosmonauți nu depășea 3g. Pe toată această perioadă, echipajul de la bord nu avea de efectuat nici o sarcină activă în controlul zborului, toate manevrele și comenzile fiind date de către sistemul de calculatoare de la bordul navetei Buran.
Pe perioada zborului orbital naveta Buran putea fi folosită pentru îndeplinirea acelorași misiuni ca și naveta spațială americană.
Pentru revenirea pe Terra erau pornite motoarele de manevră orbitală. După 25 de minute se trecea de linia imaginară, de la altitudinea de 100 km, care separă spațiul cosmic de atmosfera terestră. În acest moment naveta Buran se afla la 8.500 km distanță față de pista de aterizare.
În prima fază a reintrării în atmosfera terestră, Buran zbura cu viteză hipersonică, de 28 de ori mai mare decât viteza sunetului (28M), carea avea să scadă până la 10M, la altitudinea de 20 km. Este perioada în care temperatura învelișului izolator al navetei atinge valorile maxime. Până în momentul în care densitatea atmosferei nu era suficientă pentru controlul navetei cu ajutorul suprafețelor aerodinamice, ea era asigurată de motoarele rachetă de corecție.
În intervalul de altitudini cuprins între 20 km și 4 km se efectua tranziţia între zborul hipersonic (M10) și cel supersonic (M2).
La altitudinea de 4 km demara faza apropierii finale. În funcție de masă, naveta Buran cobora pe o pantă cu înclinarea cuprinsă între -17 și -23 grade. La altitudinea de 400 m, panta de coborâre scădea până la – 2 grade. La altitudinea de 20 m, Buran își creștea unghiul de incidență, astfel încât să aterizeze cu o viteză cuprinsă între 300 și 330 km.
Ultimele manevre de dinaintea aterizării puteau să fie efectuate manual sau complet automat. Inginerii sovietici recomandau folosirea celei de a doua variante.
Încă o încheiere provizorie
Proiectanții sovietici au reușit să conceapă un vehicul spațial formidabil, în ciuda înapoierii tehnologice a URSS. Au reușit să depășească multe probleme complicate, uneori profitând de eficiența spionajului sovietic. Dar, de la proiectare până la punerea în practică, mai era de parcurs un drum lung și aspru. Despre el am să vă vorbesc în episodul următor.
Episodul 1 îl găsiți aici
