Введение

Tier One – это программа Scaled Composites, реализовывавшаяся в 1990-2004 годах и посвященная суборбитальным полетам человека с использованием многоразового космического корабля SpaceShipOne и его стартовой платформы White Knight. Корабль был разработан Бертом Рутаном, а проект финансировался Полом Алленом на сумму 20 миллионов долларов США. В 2004 году был осуществлен первый частный пилотируемый космический полет, и программа выиграла 10 миллионов долларов США в Ansari X Prize как первая негосударственная многоразовая пилотируемая система. Целью проекта было создание технологии для обеспечения недорогого и регулярного доступа в космос. SpaceShipOne сам по себе не предназначался для перевозки платных пассажиров, но предполагалось, что технология найдет коммерческое применение, в первую очередь в сфере космического туризма. Для управления коммерческой эксплуатацией технологии была создана компания Mojave Aerospace Ventures. Соглашение с Virgin Galactic может привести к развитию регулярного космического туризма в конце 2010-х годов с использованием космического корабля, основанного на технологии Tier One.

Компоненты программы

Концепция разработки Tier One заключалась в воздушном старте пилотируемого космического аппарата на троих человек, который поднимается на высоту, немного превышающую уровень моря, с помощью гибридного ракетного двигателя, а затем планирует к земле и совершает горизонтальную посадку. Scaled Composites перечисляет следующие компоненты программы:

Поставка оксида азота

В отличие от твердого топлива, закись азота как окислитель обрабатывается как товар массового потребления и перекачивается в окислительный бак космического аппарата непосредственно на месте. Поэтому у первого уровня имеется мобильная система доставки закиси азота, которую они называют MONODS (мобильная система доставки закиси азота). MONODS построен на открытом прицепе, который можно перевозить по дорогам обычным способом. Он состоит главным образом из резервуара, блока контроля температуры и генератора для питания блока контроля температуры. Закись азота хранится при комнатной температуре под давлением. MONODS пополняется от коммерческого поставщика, который использует цистерны и доставляет закись азота при температуре около и давлении. MONODS нагревает закись азота до комнатной температуры, повышая его давление.

Испытания на движение

На первом уровне имеется передвижной стенд для испытаний тяги, известный как прицеп для испытаний (TST). Преимущество его мобильности заключается в том, что все монтажные и инструментальные работы можно выполнить в ангаре, поэтому на испытательном полигоне необходимо лишь заполнить бак окислителя (из MONODS) и произвести запуск. Испытательный стенд воспроизводит основные конструктивные элементы космического аппарата. Он оснащен баком окислителя и соответствующими соединениями, идентичными используемым в полете. Это означает, что при испытании двигателя автоматически проводятся соответствующие испытания конструкции космического аппарата на вибрацию, напряжение и тепловое воздействие. Однако кабина экипажа не дублируется. Для наземных испытаний тяги используется ракетное сопло с расширением 10:1, в отличие от сопла 25:1, используемого на высоте во время реального полета. Стенд оснащен измерительным оборудованием для регистрации не только тяги, но и поперечной силы, температуры и деформации компонентов. Данные записываются на компьютер в бункере на полигоне. Компьютер сбора данных управляется дистанционно из центра управления полетами.

Симулятор полета

Симулятор полета SpaceShipOne состоит из программы симулятора и кабины пилота. Программа симулятора полета предназначена для точного моделирования поведения SpaceShipOne при любых обстоятельствах и на всех этапах полета. Вместо моделирования общего поведения SpaceShipOne в полете, в нем используется вычислительная гидродинамика для моделирования воздушного потока вокруг аппарата. Программа рассчитывает аэродинамические и другие силы, действующие на аппарат, учитывая положение его управляющих поверхностей. Эта симуляция основана на компьютерном моделировании, использованном в процессе проектирования, и была уточнена на основе данных летных испытаний. Это обеспечивает высокую точность моделирования поведения аппарата, даже в непредвиденных режимах полета. (SpaceShipOne – один из первых современных летательных аппаратов, спроектированных без использования аэродинамической трубы.) Реплика кабины установлена на статической платформе и поэтому не может точно воспроизвести вестибулярные и акселеративные ощущения полета. Однако, White Knight оснащен для работы в качестве высокоточного динамического тренажера. Кокпит симулятора является точной копией кабины SpaceShipOne, включая его авионику. Моделируется взаимодействие пилота и авионики как единая система, а не только сам пилот. Программа симулятора генерирует входные сигналы для авионики, а также управляет двенадцатью компьютерами, использующими коммерческое графическое программное обеспечение для создания высококачественных изображений внешней обстановки для пилота. Эти изображения выводятся на одиннадцать мониторов и один проекционный экран. Обратная связь по усилию на ручке управления не моделируется в реальном времени. Наземное моделирование полетов используется не только для обучения пилотов, но и для подготовки наземного персонала, разработки процедур, а также для тестирования программного и аппаратного обеспечения авионики.

История и статус

Согласно Scaled Composites, концепция программы возникла в апреле 1996 года, предварительная разработка началась в 1999 году, а полная разработка – в апреле 2001 года. Первоначально программа держалась в секрете, даже после первого полета White Knight 1 августа 2002 года. Программа была представлена общественности 18 апреля 2003 года, когда она была готова к летным испытаниям SpaceShipOne. Первый летный тест SpaceShipOne, полет 01C, состоялся 20 мая 2003 года. После нескольких месяцев планерирования, 17 декабря 2003 года был выполнен первый полет с включенным двигателем – SpaceShipOne полет 11P. Последующие испытания с двигателем проводились нарастающей высоты, кульминацией которых стал первый частный пилотируемый космический полет SpaceShipOne полет 15P 21 июня 2004 года. Затем последовали соревновательные полеты Ansari X Prize. Полеты SpaceShipOne 16P 29 сентября 2004 года и SpaceShipOne 17P 4 октября 2004 года стали успешными соревновательными полетами, принесшими X Prize. Программа Tier One, реализованная Scaled Composites, завершилась после вывода SpaceShipOne из эксплуатации и перешла к программе-преемнику для клиента Virgin Galactic.

Финансирование

Стоимость разработки, строительства и эксплуатации первого уровня, хотя и не была обнародована, оценивается в диапазоне от 20 до 30 миллионов долларов США, что примерно в два-три раза превышает стоимость премии Ansari X Prize. Единственным спонсором, который поначалу держался в секрете, оказался Пол Аллен, соучредитель Microsoft и 48-й самый богатый человек в мире. Это стало известно 17 декабря 2003 года, в тот же день, когда был проведен первый лётный тест программы, после того как появились предположения о его причастности. Некоторые обозреватели проводят сравнения между относительно невысокой стоимостью программы первого уровня и высокой стоимостью программы «Космический челнок», хотя технологические сложности этих двух программ совершенно различны. SpaceShipOne, поскольку он совершает суборбитальные полёты, не требует достижения таких высоких скоростей, как «Космический челнок» (Мах 3 против Мах 25), или той же высоты (суборбитальная против орбитальной). SpaceShipOne также не несёт тот же экипаж (3 человека против 7) или полезную нагрузку (пренебрежимо малую против 25 тонн) и совершает гораздо более короткие полёты (несколько минут против нескольких дней). Программа SpaceShipOne – это техническое достижение, сопоставимое скорее с X-15, чем с «Шаттлом». Сравнение программы SpaceShipOne с бюджетом X-15 показывает, что программа Tier One стоила в 100 раз меньше, чем программа X-15, хотя три самолёта X-15 совершили почти 200 тестовых полётов в ходе всей программы испытаний, в основном исследуя гиперзвуковые полёты на скоростях от Мах 4 до Мах 7. Лишь несколько десятков полётов X-15 были специально направлены на достижение максимальной высоты, а не максимальной скорости, при этом лишь два полёта достигли высот, близких к тем, которых достиг SpaceShipOne. С другой стороны, в рамках бюджета проекта Tier One также было профинансировано строительство материнского корабля White Knight, в то время как NASA практически бесплатно использовало уже существующий бомбардировщик B-52 ВВС США, модифицированный для проведения сбросных испытаний различных экспериментальных самолётов (в настоящее время используется для запусков PegasusXL).

Публичность

Первый уровень изначально разрабатывался в секрете, что соответствует политике Scaled Composites в отношении новых программ. 18 апреля 2003 года программа была представлена публике, а SpaceShipOne и White Knight были продемонстрированы прессе на презентации, которую посетили от 550 до 600 человек. Интерес СМИ был настолько велик, что мероприятие, изначально запланированное как День семьи и друзей 24 апреля 2003 года, было превращено во второй пресс-день. Scaled Composites вновь активно привлекала внимание общественности, заранее объявив о финальном испытательном полете SpaceShipOne, полет 15P, который должен был стать первым космическим полетом в рамках программы. Около 11 000 человек прибыли в космопорт Мохаве, чтобы увидеть полет, который также транслировался по телевидению. Полет был организован как авиашоу: как основные аппараты, так и самолеты сопровождения выполняли взлеты и посадки на глазах у публики, а после успешного завершения испытаний были выполнены праздничные пролеты. Полет стал успехом не только с технической точки зрения, но и завоевал популярность, вызвав огромный общественный интерес к космическим полетам.

Будущее

Во время интервью в документальном фильме "Черное небо: гонка за космос" Рутан заявил, что Tier One будет включать суборбитальные полеты, Tier Two – орбитальные полеты, а Tier Three – полеты за пределы земной орбиты (включая полеты на Луну и другие планеты). В том же фильме он продемонстрировал проекты орбитального аппарата, основанного на SpaceShipOne, с ракетой, установленной в задней части корабля и примерно вдвое превышающей длину SpaceShipOne.