Все ракетостроители того периода, включая советских, мечтали о возвращении ракеты на Землю без повреждений. Ведь это давало возможность проанализировать ее работу. Не говоря уже о повторном использовании конструкции. Однако очень редко были случаи, когда это удавалось.
В 40-е годы эта задача была отчасти разрешена. При экспериментальных пусках по вертикали небольшие ракеты иногда удавалось спасать. Можно, казалось, применить спуск и для конструкций баллистических ракет, которые после отделения от головных частей падали на расстоянии нескольких сотен километров от места старта.
Выяснилось, однако, что для приземления с достаточно малой скоростью, а она не должна для хрупкой конструкции ракеты превышать пяти-семи метров в секунду, нужен огромный парашют, масса которого составляла бы порядка шести-восьми процентов от массы конструкции. Но это при заданной массе головной части сильно сказывалось на дальности полета. По мере роста дальности ракет и, следовательно, их скоростей задача возвращения в атмосферу и посадки конструкции все более усложнялась. (Другое дело спасение небольших контейнеров с научными приборами, запускаемых ракетами на высоту и отделяемых от основной конструкции.)
В 50-е годы в технической литературе обсуждались и другие способы возвращения ступеней. Например, с помощью аэростатов-баллонов, надуваемых гелием после того, как ракета затормозится с помощью парашютов. Считалось, что такой способ имеет преимущества с точки зрения доставки ракеты к месту старта — медленно опускающаяся на баллонах ступень может быть подхвачена вертолетом. Эту же задачу предлагалось решать за счет использования авторотирующего винта, который, подобно вертолету, мог бы привести ступень на нужное место. Об этом способе мы уже говорили при обсуждении методов посадки космических аппаратов. Еще рассматривалось «крыло Рогалло» — надувной дельтаплан, маневренность которого достаточно велика. Наконец, были сторонники применения обычных или выдвижных крыльев с небольшим реактивным двигателем, то есть превращение ракетной ступени в своего рода самолет.
Серьезнее всего, пожалуй, велись проработки парашютно-ракетной системы, то есть того средства, которое применяется сейчас для спасения спускаемых аппаратов-кораблей. Конечно, при этом нужны еще вертолеты для перевозки ступеней с места посадки. Для очень больших ступеней рассматривался и такой вариант: посадка осуществляется на воду (скорость контакта может быть выше), после чего транспортировка может быть проведена на плаву буксиром.
Но все эти способы, условно говоря, годятся только для первых ступеней, разгоняющихся до сравнительно невысоких скоростей (максимум два-три километра секунду) и падающих к тому же недалеко, в нескольких сотнях километров от места старта. Вторые ступени, разгоняющиеся до четырех-шести километров в секунду и более, тормозить и спасать значительно труднее. Необходимо ставить хотя бы небольшую теплозащиту. К тому же летят они на тысячи километров дальше от места старта и велико их рассеивание при падении, что создает сложности поиска их в труднодоступных районах.
И, наконец, совсем сложно с последней ступенью — она выходит на орбиту вместе с аппаратом или кораблем, и, следовательно, ее нужно тормозить и защищать от нагрева точно так же, как спускаемый аппарат корабля. Практически эта задача для конструкций ракет если и разрешима, то за счет весьма существенных потерь массы на полезную нагрузку.
И все же почему до сих пор не спасаются хотя бы нижние ступени? Кроме тех причин, о которых мы уже говорили, есть еще одна. Опять же экономическая. Ступень для повторного использования необходимо подвергнуть сложному восстановительному ремонту, стоимость которого соизмерима со стоимостью новой ракеты. Особенно если она серийная. Но даже и после ремонта на повторное использование ракетной ступени во многих случаях будет трудно решиться. Ведь надежность ее все же будет ниже, чем у совсем новой. И рисковать дорогостоящим спутником и тем более кораблем никто не захочет.
С другой стороны, возвращение ступеней может дать эффект от повторного использования не только всей конструкции, но и отдельных ее частей и оборудования. Кроме того, оно помогло бы отрабатывать новые элементы систем. Отметим еще, что мягкая посадка (с уводом в сторону) ступеней ракет позволила бы избежать ограничений в хозяйственном использовании тех участков земли, иногда довольно больших, куда обычно падают эти ступени.
И, наконец, в результате этого космос перестанет засоряться остающимися в нем и совсем там ненужными ступенями. Сейчас на орбите находится несколько тысяч отработавших ступеней и их частей. Количество их продолжает расти, хотя часть ракет со временем сходит с орбиты. И потом в принципе возможны столкновения с ними спутников и кораблей, хотя практически до этого еще далеко. За 25 лет космических запусков столкновений пока зафиксировано не было.
И все же экономические оценки показывают, что оптимальные решения лежат пока еще в стороне от того, чтобы стало целесообразным спасать обычные ракетные ступени.
Где же выход? Ведь проблема повышения экономической эффективности стоит перед космонавтикой весьма остро. Путь здесь единственный — создание специальных ракет-носителей многократного применения.
Среди различных способов мы упомянули такой: крыло и двигатель. Конечно, к крылу и двигателю нужно добавить еще и посадочное шасси. Получается, таким образом… самолет. Но на легкую тонкостенную конструкцию ракетной ступени почти невозможно установить такое количество сложных механизмов и заставить ее летать. Нужно создавать совсем другую конструкцию, не имеющую почти ничего общего с обычной ракетой.
Одним словом, возникла идея космического самолета. Нет, создать крылатую машину, которая, подобно воздушному лайнеру, взлетала бы с космодрома, совершала бы полет в космос и, оставив там спутник или космический корабль, возвращалась бы на Землю, пока невозможно. Главным образом, все из того же соображения — потребного соотношения масс.
Естественно, что одним из первых появился и такой вариант: самолет с воздушно-реактивными двигателями поднимает в воздух и разгоняет до большой скорости вторую ступень с ракетными двигателями, которая так же, как и самолет-разгонщик, способна возвращаться на Землю и использоваться многократно. Такая схема казалась весьма перспективной, однако встал вопрос о создании «прямоточек», работающих до скорости два-три километра в секунду. Дело это пока далекое, но этой же причине не прошел и компромиссный вариант: самолет-разгонщик многократного использования несет на борту одну-две обычные ракетные ступени с полезным грузом.
