17 февраля 1976г. ЦК КПСС и Совет министров СССР приняли постановление No132-51 «О создании многоразовой космической системы в составе разгонной ступени, орбитального самолета, межорбитального буксира-корабля, комплекса управления системой, стартово-посадочного и ремонтно-восстановительного комплексов и других наземных средств, обеспечивающих выведение на северо-восточные орбиты высотой до 200 км полезных грузов массой до 30 т и возвращения с орбиты грузов массой до 20 т».
Другими словами, речь шла о создании «Бурана». Космический самолет «Буран» и по настоящее время вызывает бурные дискуссии, но большинством специалистов признается, что технически это был совершенный проект. Однако мало кому известно, что куда более перспективной альтернативой «Бурана», способной сделать качественный скачок в развитии мировой космонавтики был воздушно-космический атомный самолет В.М. Мясищева М-19 с ядерным двигателем на борту. Создание этого космического самолета могло изменить ход мировой истории…
В 1966г. было восстановлено, хотя и в более скромном варианте, КБ Мясищева. Владимир Михайлович сразу же развил бурную деятельность, предложив целый ряд самолетов короткого и вертикального взлета, самолет-перехватчик высотных аэростатов. Одной из задач, стоявшей перед Мясищевым, была разработка воздушно-космического самолета.
В рамках многоплановой темы «Холод-2» в 1974 г. на ЭМЗ была разработана комплексная программа, которая предусматривала выполнение работ сразу по нескольким направлениям одновременно. Выполнение работ проводилось под шифром тема «19» и предусматривало следующее:
1. Тема 19-1. Создание летающей лаборатории с силовой установкой на жидком водородном топливе, отработка технологии работ с криогенным топливом;
2. Тема 19-2. Проектно-конструкторские работы по определению облика гиперзвукового самолета;
3. Тема 19-3. Проектно-конструкторские работы по определению облика перспективного ВКС;
4. Тема 19-4; 9-5. Проектно-конструкторские работы по определению облика альтернативных вариантов ВКС с ядерной двигательной установкой.
В программе явно просматривался поэтапный подход и систематизация в разработке будущего ВКС. Работы по перспективному ВКС проводились на предприятии под индексом М-19.
При непосредственном руководстве Генерального конструктора В.М.Мясищева, работы по теме «19» воглавил заместитель Генерального конструктора, начальник проектного комплекса, ближайший соратник Мясищева - А.Д.Тохунц. Ведущим конструктором по теме был назначен И.3.Плюснин. У истоков идеи перспективного ВКС М-19 с комбинированной силовой установкой стояли ближайшие подвижники В.М.Мясищева - сотрудники проектного комплекса: начальник отдела аэродинамики А.А.Брук и начальник отдела силовых установок Н.Д.Барышов. Проектно-конструкторские проработки проводились в отделе проектов под руководством начальника отдела проектов И.С.Говора ведущими специалистами А.Н.Уразовым, В.А.Петровым и многими другими. Комбинированную силовую установку с ядерным реактором разрабатывал Генеральный конструктор Куйбышевского моторостроительного завода Н.Д.Кузнецов.
О работах того периода вспоминает А.Д.Тохунц:
«Когда в начале 70-х годов всем стало ясно, что создание в США МТКС «Спейс-Шаттл» - это реальность, а не очередной миф, во что очень хотелось верить руководству страны, так как все понимали, какими затратами это ляжет на экономику всей страны, Минавиапром в числе многих других предприятий стал все больше привлекать ЭМЗ к работам по космической тематике. Результатом этих работ явился проект воздушно-космического самолета с горизонтальным взлетом и посадкой, размерность которого должна была обеспечить выведение такого же полезного груза (30 т), какой был заявлен для американской МТКС «Спейс Шаттл».
Первоначально Владимир Михайлович отнесся к идее ВКС скептически. Ход его рассуждений был прост. Вес конструкции обычной ракеты, как известно, составляет всего несколько процентов от стартового веса (примерно 7-8 %), в то время как вес конструкции самолета, даже хорошего в весовом отношении (Владимир Михайлович приводил в качестве примера сверхзвуковой стратегический бомбардировщик ВВС США В-58 «Хастлер») составляет примерно 30% от взлетного веса (и это без учета теплозащиты, ЖРД и т. п. будущего ВКС).
Возникает естественный вопрос - какой же эффективностью должна обладать силовая установка этого ВКС, чтобы вывести такую тяжелую конструкцию в космос? На поиски ответа на этот вопрос ушло примерно полгода.
По результатам предварительной проработки проекта ВКС Владимиру Михайловичу был предоставлен солидный отчет, который он «изучал» около месяца никак его не комментируя.
И вот однажды утром, помнится это было в начале весны, Владимир Михайлович вызвал меня и спросил как о чем-то совершенно обыденном:
- А где же план-график работ по ВКС?
После этого мне стало ясно - наши доказательства реальности заявляемых характеристик проекта ВКС Генеральным приняты, и можно срочно начинать работу. В связи с этим уместно вспомнить пословицу: «Медленно запрягает, но быстро едет». План-график всех этапов создания ВКС был составлен очень оперативно. Для развертывания работ была задействована обширная кооперация со смежниками. Как то раз, рассматривая график работ по ВКС, Владимир Михайлович заметил:
- Эта тема, видимо, станет моей «лебединой песней», окончания ее я конечно, не застану, но ведь очень важно пойти в правильном направлении.
В тот же период был сформирован проект технического задания на будущий ВКС, где определялись основные технические характеристики и требования к будущему аппарату. Эти требования, в частности, предусматривали то, что М-19 мог использоваться:
- как основа для перспективной многоразовой транспортной космической системы многоцелевого применения в интересах народного хозяйства и науки;
- как составной элемент перспективных систем космического оружия;
- как составной элемент перспективных космических средств обеспечения и ведения военных действий на театрах военных действий на земле.
Применение ВКС М-19 в качестве транспортного средства позволяло решать следующие задачи:
- доставка и смена экипажей на орбитальных станциях;
- материально-техническое снабжение орбитальных объектов;
- возвращение грузов на Землю;
- аварийное спасение экипажей;
- доставка и смена отдельных блоков орбитальных станций;
- транспортировка космических аппаратов в космосе с опорных орбит на рабочие и наоборот;
- проведение на орбите профилактических и регламентных работ, выполнение ремонтных и восстановительных работ и др.;
- проведение военно-научных исследований и экспериментов в космосе.
С самого начала проект М-19 рассматривался как одноступенчатый ВКС с горизонтальными взлетом и посадкой (по-самолетному). Благодаря многоразовости ВКС, все перечисленные задачи должны были выполняться более эффективно, чем обычными средствами. Эта эффективность выражалась в возможности периодической доставки на орбиту различных объектов и грузов одним и тем же аппаратом с восполнением лишь необходимого запаса горючего и расходуемых запасов спецгазов и спецжидкостей.
Разрабатывая проект отечественного ВКС, проектантам важно было учитывать одно безусловное обстоятельство, которое заключалось в том, что для получения в условиях СССР транспортной системы, обладающей, как минимум, такими же энергетическими и транспортными характеристиками как американская «Space Shuttle», отечественная система должна была быть даже более совершенной, чем американская. Это было обусловлено тем, что точки старта в СССР имели менее благоприятное географическое положение, чем у американцев, (это, в первую очередь, наличие жестких ограничений на азимуты пусков, необходимость в отчуждении огромных территорий по направлению пусков ракет, ограничения мест пуска по широте), а также усугублялось уже имеющимся отставанием СССР от США в этой области. Создание подобной системы в СССР явилось бы наиболее крупным качественным шагом в развитии авиационно-космической науки и техники, который следовало рассматривать как важнейшую общегосударственную задачу на конец 70-х начало 80-х годов.
Проведенный анализ возможных сроков создания подобной МТКС показывал, что при условии принятия решения о начале работ и выделении необходимых финансовых средств, а также выполнения единой общегосударственной координации всех работ можно было обеспечить её создание уже в 1986-1987 гг.
Учитывая высокий риск и сложность создания подобной системы программа создания МТКС носила поэтапный характер.
Для ускорения сроков создания многоразовой космической системы в СССР на первом этапе прототип ВКС мог бы использоваться в качестве гиперзвукового бомбардировщика со скоростями полета М~6,0 на высотах до Н~30 км и с дальностью полета порядка 10000 км. или в качестве самолета-разгонщика на жидком водородном топливе, способного выводить на опорную орбиту орбитальную ступень весом до 40 т.
Если сравнивать потенциальные возможности проектируемого ВКС М-19 с американской МТКС типа «Space Shuttle», то принципиально новыми и отличительными качествами нашего аппарата являлись:
- в первую очередь возможность всеазимутального запуска с максимальным сокращением площади отчуждаемых земель (для СССР с учетом географического положения места существующего старта эта проблема приобретала первостепенное значение);
- возможность самостоятельного возврата к месту старта и самостоятельного перебазирования на другие площадки базирования;
- получение высокой степени надежности (на уровне больших самолетных систем, достигаемой за счет авиационных принципов эксплуатации: опробование двигателей перед стартом, создание ремонтно-пригодных агрегатов, использование встроенных систем автоконтроля и др.);
- высокая экономическая эффективность, обусловленная меньшими эксплуатационными расходами, снижением затрат на средства поиска, спасения, транспортировку отдельных ступеней и т. п., снижением затрат на аренду отчуждаемых земель, высвобождением значительных производственных мощностей, необходимых для воспроизводства одноразовых ракет-носителей и т. п.
- расширение технических возможностей за счет увеличения типов возможных орбит различного наклонения; значительно большей автономности системы (отсутствие разделяемых ступеней, самостоятельные взлет, «осадка, перебазирование).
- высокие маневренные характеристики ВКС, обеспечивающие возможность погружения в атмосферу до высот Н=50-б0 км с обратным выходом на орбиту.
Использование ВКС с комбинированной ядерной двигательной установкой потенциально обеспечивало неограниченные возможности интенсивного освоения как околоземного космического пространства, включая удаленные геостационарные орбиты, так и области удаленного космоса, в том числе Луну и окололунное пространство. Энергетика бортовой ядерной установки обеспечивала автономное длительное пребывание и свободное маневрирование в космосе. Наличие на борту ВКС ядерной установки, позволяло бы также использовать ее в качестве мощного энергетического узла для обеспечения функционирования новых типов космического оружия (лучевое, пучковое оружие, средства воздействия на климатические условия и т. п.). От таких перспектив захватывало дух и это была поистине фантастика.
Если систематизировать возможные области применения ВКС с ядерной двигательной установкой, то получалась довольно многообещающая картина.
1. В научных целях:
- изучение околоземного космического пространства;
- проведение научных экспериментов в прикладных целях;
- медико-биологические исследования;
- изучение планет и дальнего космоса.
2. В интересах народного хозяйства:
- создание космических служб, обеспечивающих связь, навигацию, экологический мониторинг, метеопрогноз и т. п.;
- создание космического комплекса новых промышленных технологий.
3. В интересах обороноспособности:
-техническая основа создания космического рода войск, для боевого использования, космической разведки, транспортного обеспечения на орбите.
При взлетной массе 500 т., ВКС М-19 должен был выводить на опорную орбиту с наклонением 57,3° полезную нагрузку массой порядка 30 т. Создание подобного проекта одноступенчатого ВКС базировалось на реализации следующих физико-технических принципов:
- использование бортового ядерного реактора;
- использование устройства для эффективной передачи тепла набегающему потоку;
- использование окружающей среды в качестве рабочего тела и окислителя (кислород из атмосферы);
- использование водорода в качестве бортового запаса горючего, рабочего тела и теплоносителя в контуре ЯРД;
- использование аэродинамической подъемной силы аппарата.
По предварительным оценкам, выполненным на начальном этапе работ, рациональное использование этих принципов позволяло:
- снизить почти в два раза потребный коэффициент заполнения топливом, составляющий в существующих ракето-носителях более 90% от стартового веса;
- исключить размещение запаса окислителя (кислорода) на борту аппарата, составляющего более 60% от стартового веса РН «Сатурн-5»;
- уменьшить более чем в два раза потребную стартовую тяговооруженность;
- резко уменьшить (примерно в 50 раз) расход топлива на атмосферном участке выведения (до режимов полета Н~25км, М~4,0);
- уменьшить более чем в три раза (при одной и той же полезной нагрузке) стартовый вес аппарата, по сравнению с МТКС, использующей обычное химическое топливо.
Большой объем работ по данной тематике был проведен институтом теоретической и прикладной механики Сибирского отделения академии наук СССР (ИТПМ СО АН СССР). Проводились экспериментальные исследования аэродинамических характеристик моделей гиперзвуковых ЛА и ВКС с моделированием тракта ВРД. Исследовалась динамика разделения объектов и оценивалась интерференция при больших скоростях полета.
В части исследований характеристик силовой установки нового типа проводились расчетно-экспериментальные работы по изучению процессов смешения и горения в камерах сгорания ВРД в сверхзвуковом и гиперзвуковом потоках, проводились испытания моделей ГПВРД в аэродинамических трубах на скоростях, соответствующих числам М=3-12. Для оценки эффективности будущего ВКС были разработаны математические модели систем аппарата и комбинированной силовой установки с ЯРД.
По программе летных полунатурных испытаний, рассчитанной на период с 1980 по 1985 гг предусматривалось:
1) непосредственно по МВКС:
- изготовление и бросковые испытания крупномасштабной модели МВКС;
- изготовление аналога для отработки спуска с орбиты;
2) по силовой установке:
- создание летающей лаборатории для отработки ядерной силовой установки (ЯРД);
- создание летающей лаборатории для отработки ПВРД и ГПВРД с использованием ракет.
Разработка эскизного проекта и изготовление полнонатурного макета ВКС М-19 планировалось на период с 1980 по 1982 г. Рабочее проектирование - 1982-1984 гг. Изготовление, стендовые и летные испытания комбинированной силовой установки и систем МВКС - 1982-1986 гг.
Создание базы для запуска и эксплуатации МВКС - 1981-1987 гг. В этот же период предполагалось изготовление трех опытных образцов МВКС. И, наконец, вершиной всех работ многочисленных предприятий и организаций по созданию МВКС должны были стать летные испытания в период 1987-1988 гг. Такими виделись основные вехи комплексной программы создания принципиально нового МВКС. Несмотря на всю кажущуюся фантастичность заявленных характеристик и преимуществ многоразового одноступенчатого ВКС нового типа, всё это не было пустым прожектёрством.
Авторитет Генерального конструктора В.М.Мясищева и его многолетний опыт были гарантией того, что проект подобного ВКС может быть реализован. В это твердо верил он сам, и эта уверенность Генерального заряжала его окружение. Окружающие отмечали, что у В.М.Мясищева до последних дней жизни сохранилось несмотря ни на что, желание снова вести работу с размахом, который был у него при осуществлении программ создания тяжелых бомбардировщиков в 50-60-е годы в ОКБ-23 в Филях.
Темпы и размах работ по теме М-19 приобретали все более значительный характер, об этом красноречиво говорит хотя бы такой факт. Вспоминает заместитель Генерального конструктора А.А.Брук:
«Работы по теме продвинулись достаточно далеко, и дело дошло даже до того, что однажды В.М.Мясищев поручил мне начать прорабатывать вопрос о подготовке передачи производственной базы в Филях (бывшее ОКБ-23, где раньше работал В. М. Мясищев) и перепрофилирование ее под новые задачи ЭМЗ».
Можно было только удивляться тому, с какой энергией взялся В.М.Мясищев за организацию работ по теме М-19 .
Учитывая то, что ему к тому времени уже было за 70 лет, а сроки создания подобных систем оценивались периодом порядка 10-15 лет Владимир Михайлович, несмотря на явно долгосрочный характер работ, сам активно работал и увлекал своей энергией своих ближайших помощников. Невзирая на свой уже почтенный возраст, Генеральный сам ездил по смежникам, участвовал в многочисленных совещаниях, делал доклады по теме ВКС. Как высказывались участники и очевидцы событий тех лет, со стороны создавалось впечатление, что В. М. Мясищев словно заново родился, интересная перспективная работа, видимо, придавала ему сил и смысл жизни.
Памятна встреча Генерального конструктора В.М.Мясищева с президентом Академии наук А.П.Александровым, которая состоялась на совместном совещании в Академии наук в 1974 г. На совещании была представлена демонстрационная модель ВКС М-19 и обсуждался вопрос о возможности использования водорода и ядерной энергии. Академик А.П.Александров заявил, что наша страна заинтересована в расширении применения водорода в авиации и всячески поддерживает предлагаемое направление с применением ядерной энергии в авиации. Особо он отметил, что применение ядерной энергии в авиации потребует создания необходимой биологической защиты от радиации и обеспечения очень высокой безопасности ядерных реакторов при аварийных ситуациях и падении на землю. Насколько это серьезная проблема и что такое опасность ядерного заражения местности, весь мир узнал спустя много лет после произошедшей 26 апреля 1986 г. Чернобыльской катастрофы.
Резюмируя итоги той памятной встречи, А.П.Александров сказал, что в течение 10 лет может быть создан серийный (он сказал «деловой») образец комбинированной двигательной установки с ядерным реактором.
Теоретические вопросы создания реактора были ясны, оставались проблемы технической реализации. Это вселяло уверенность у разработчиков М-19 в правильности выбранного направления работ.
В свете событий тех лет, небезинтересна позиция Минавиапрома, вернее его министра - П.В.Дементьева по отношению к проекту М-19. Когда в начале 70-х годов стало ясно, что создание в США системы «Спейс Шаттл» реальность, в недрах Министерства обороны СССР появился (поддерживаемый Д.Ф.Устиновым) лозунг о необходимости адекватного ответа на вызов США. Начались проработки различных вариантов этого адекватного «ответа». Генеральным конструктором НПО «Энергия» (теперь это РКК «Энергия») был назначен академик В.П.Глушко, которым был предложен проект МТКС «Энергия-Буран», внешне очень похожий на американский МТКС «Спейс Шаттл». Организацией работ по МТКС «Энергия-Буран» предусматривалось подключение к работам по орбитальному кораблю «Буран» предприятий Минавиапрома.
Министр авиационной промышленности Дементьев был этим фактом очень озабочен, так как опасался, что такое подключение авиационных предприятий к работам со временем может привести к очередному поглощению части предприятий Минавиапрома ракетным Министерством Общего Машиностроения (MOM). Как говорится, за примерами далеко ходить было не надо, такое уже было в конце 50-х годов, когда Н.С.Хрущев, решив, что стратегическая авиация больше не нужна (так как есть ракеты) передал чать предприятий Минавиапрома (включая, в частности, и ОКБ В.М.Мясищева, завод им. Хруничева и ряд других) МОМ"у.
Открыто противодействовать началу работ по МТКС «Энергия-Буран» П. В. Дементьев не мог. Поэтому была избрана стратегия «затягивания», в соответствии с которой надо было не спешить копировать американцев (такое уже было с лунной программой), а рассмотреть различные альтернативные варианты, учесть экономические аспекты проблемы и прочее, и прочее...
Для этих целей проект М-19, по мнению Дементьева, вполне подходил. Поэтому первоначально он, хотя и дистанцировался от открытой поддержки проекта, не препятствовал активной деятельности В.М.Мясищева по продвижению проекта М-19.
В результате такой негласной поддержки проект М-19 широко рассматривался во многих высоких инстанциях, и в какой-то момент В.П.Глушко решил лично ознакомиться с проектом, который тогда находился у зам. министра обороны по вооружению Н.Н.Алексеева. Адьютант зам. министра подполковник Н.И.Графов свидетельствовал, что В.П.Глушко более четырех часов знакомился с проектом. Будучи сам хорошим двигателистом, В.П.Глушко резюмировал: «Ядерную двигательную установку быстро не создать!» В.М.Мясищев и сам понимал, что быстро такой проект не реализуешь, но он рассуждал так: создавать «Энергию-Буран», которая уже на пять лет отстает от «Спейс Шаттла», значит заведомо планировать отставание.
- Проблему, - говорил он, - надо брать за горло, а не за хвост. Иначе всегда будешь в хвосте. Пусть мы затратим на создание М-19 лишние 5 лет, зато потом будем намного впереди.
После принятия решения о создании МТКС «Энергия-Буран», разработка планера ВКС «Буран» поручалась вновь созданному в МАПе объединению «Молния», в которое ЭМЗ вместе с КБ «Буревестник» структурно входило в качестве подчиненного предприятия. В результате такой реорганизации ЭМЗ потеряло свою самостоятельность, а Генеральный конструктор В.М.Мясищев становился подчиненным Главного конструктора Г.Е.Лозино-Лозинского. Тематика работ ЭМЗ и их приоритеты становились прерогативой вышестоящего НПО «Молния», работы по теме М-19 постепенно стали сворачиваться, объемы проектно-конструкторских исследований с каждым годом уменьшались. Ставка была сделана на МТКС «Энергия-Буран», а ЭМЗ поручено участвовать в разработке модуля кабины ВКС «Буран» и его систем.
Отдельной большой работой предприятия становилось создание транспортного самолета-носителя ВМ-Т «Атлант», предназначенного для транспортировки элементов МТКС «Энергия-Буран».
После кончины Генерального конструктора В.М.Мясищева в октябре 1978 г. работы на ЭМЗ по теме М-19 в небольшом объеме еще продлились непродолжительное время и в 1980 г. были окончательно свернуты.
Если бы программа Мясищева была принята, то в конце 80-х мы обладали бы серийными образцами воздушно-космического самолета с ядерным двигателем. Именно при обсуждении этой программы в 1974 г. академик А.П. Александров заявил, что серийный образец ядерного двигателя с требуемыми характеристиками можно сделать за 10 лет!
Всего десяток атомных самолетов М-19 смог бы обеспечить весь грузопоток «Земля – ближний космос» до середины XXI в. Орбитальные станции и спутники при подобной транспортной системе были бы существенно масштабнее, функциональнее, а себестоимость выводимого на орбиту груза была бы существенно меньше. Военные возможности Советского Союза с М-19 выросли бы на порядки. Это решение действительно стало бы «асимметричным ответом» заокеанским авторам “стратегической оборонной инициативы”. К сожалению, руководство думало о другом (не исключено, что данный проект заблокировали вполне сознательно, не в первый раз предав интересы Родины). Данный проект решал целый комплекс задач: создание атомного сверхзвукового самолета, гиперзвукового самолета на криогенном топливе, воздушно-космический самолета и космического корабля с двигателем на основе ядерного реактора! Проект Буран», к сожалению, решал только одну из этих задач и являлся “симметричным” ответом США. Результат такого ответа известен: проект оказался никому не нужным, и на фоне распадающейся страны поставил под вопрос существование отрасли вообще. Атомный самолет М-19 же остался ждать своего часа…
ВКС М-19 был выполнен по аэродинамической схеме «несущий корпус». Корпус аппарата имел треугольную форму в плане с углом стреловидности по передней кромке 75°. Такая стреловидность была выбрана из условия сохранения высоких несущих свойств аппарата при малом сопротивлении и аэродинамическом нагреве передних кромок на больших скоростях полета. Носовая часть корпуса имела эллиптические поперечные сечения с соотношением полуосей 1/4.
Миделевое сечение располагалось в точке перехода носовой части корпуса в кормовую, на расстоянии 0,67 длины корпуса от носка. Конфигурация ВКС, выполненного по схеме «несущий корпус», обеспечивала достаточно высокий уровень аэродинамических характеристик. Так, например, аэродинамическое качество на дозвуке составляло величину порядка -7,0, а на гиперзвуке около 3,0, что подтверждалось экспериментальными исследованиями в ЦАГИ.
Проведенные исследования по определению оптимального облика крылатых космических аппаратов, совершающих горизонтальные взлет и посадку «по-самолетному», показали, что наиболее приемлемой формой многорежимного ВКС, летающего на до-, сверх- и гиперзвуковых скоростях в условиях интенсивного нагрева является форма типа «несущий корпус».
Придание ВКС такой формы обеспечивало ему следующие преимущества:
- хорошие маневренные возможности;
- малые перегрузки при спуске в атмосфере;
- устойчивость полета на гиперзвуковых скоростях;
- малое отношение поверхности аппарата к его объему;
- наличие больших внутренних полезных объемов;
- умеренные требования к тепловой защите.
Аэродинамическая подъемная сила ВКС создавалась крылом небольшой площади, стреловидные консоли которого располагались по бокам кормовой части корпуса, передним горизонтальным оперением и непосредственно самим несущим корпусом аппарата.
Приемлемые характеристики устойчивости и управляемости во всем диапазоне скоростей полета на ВКС М-19 обеспечивалось использованием так называемого верньерного управления в продольном канале. При такой схеме управления наряду с элевонами на крыле используются малые аэродинамические поверхности, расположенные в носовой части корпуса и имеющие большое плечо приложения силы относительно ЦТ аппарата.
Верньерные поверхности работали при больших, а основные поверхности крыла работали при малых значениях скоростного напора.
Вертикальное оперение было выполнено двухкилевым, разнесенным по ширине кормовой части корпуса, для уменьшения эффекта «затенения» при полете на больших углах атаки.
Геометрические параметры поверхностей стабилизации и управления выбирались с учетом минимальных волновых потерь и приемлемых характеристик аэродинамического нагрева.
Носовая часть и передние кромки корпуса, крыла и оперения были затуплены с целью уменьшения аэродинамических тепловых нагрузок при больших скоростях полета.
Как известно, важным показателем эффективности ВКС является его маневренность, то есть способность менять параметры своего движения. Для космического аппарата это прежде всего маневрирование на орбите как по высоте орбиты, так и по боковому маневру (посадка в стороне от плоскости орбиты). Имея достаточное аэродинамическое качество, ВКС М-19 был способен выполнять маневрирование на орбите с так называемым «погружением» в атмосферу до высот порядка 50-60 км.
Расчетами также было показано, что для КЛА, имеющих аэродинамическое качество около 3,0, при изменении плоскости орбиты на 90° аэродинамический маневр становится гораздо выгоднее (~ в 3 раза) чем орбитальный.
Днище несущего корпуса было выполнено плоским для образования так называемого «плато поджатия» перед входом в воздухозаборники двигателей, расположенных по корпусом аппарата. На нижней части корпуса аппарата располагалась мотогондола воздушно-реактивной силовой установки, скомпонованной по схеме «пакет» и обеспечивающей полет аппарата в атмосфере на всех скоростях.
Компоновка двигателей на нижней части корпуса в единый «пакет» обеспечивало благоприятные условия работы двигателей при различных углах атаки.
Использование предварительного поджатия сверхзвукового потока перед входом в двигатели позволяло уменьшить потребные размеры воздухозаборников, вес и соответственно теплозащиту единой мотогондолы.
В хвостовой части аппарата располагалось сопло ЯРД, непосредственно связанное с бортовым ядерным реактором. На атмосферном участке траектории полета, с целью снижения аэродинамического сопротивления, сопло было закрыто сбрасываемым каплевидным обтекателем.
Шасси аппарата трехстоечное с носовым управляемым колесом. Тележки основных стоек шасси шести колесные убирались в ниши корпуса аппарата, расположенные в местах сопряжения корпуса с консолями крыла.
Рабочие помещения для экипажа были оборудованы в носовой части корпуса аппарата и включали в себя саму кабину, бытовой отсек и шлюзовую камеру. Кабина экипажа имела остекление, аналогичное самолетному, что обеспечивало необходимый обзор при взлете и посадке ВКС. В зависимости от выполняемых задач и типа полезной нагрузки количество членов экипажа ВКС могло составлять от трех до семи человек
Шлюзовая камера располагалась за задней гермоперегородкой кабины и была предназначена как для выхода космонавтов в открытый космос, так и для обеспечения доступа в грузовой отсек. Стыковочное устройство располагалось на верхней поверхности носовой части для обеспечения визуального наблюдения за стыковочными операциями на орбите.
Для размещения полезной нагрузки в корпусе аппарата был предусмотрен достаточно большой грузовой отсек, закрываемый герметичными створками. Размеры грузового отсека 4,0x20,0x4,0 м позволяли разместить различные полезные нагрузки массой до 40 т. Крепление полезной нагрузки в грузовом отсеке обеспечивалось дистанционно управляемыми электромеханическими замками. Для выполнения на орбите операций погрузки и разгрузки в грузовом отсеке были предусмотрены дистанционные электромеханические манипуляторы.
Водородные баки были вкладными и не входили в силовую конструкцию корпуса аппарата. Для максимального использования всех внутренних объемов в корпусе аппарата топливные водородные баки были выполнены по так называемой «сиамской» схеме, когда форма сечения топливных баков была образована несколькими пересекающими окружностями. Такая схема обеспечивала оптимальное соотношение параметров конструкции баков, таких как: вес - прочность - коэффициент использования полезного объема. Для гашения колебаний жидкого водородного топлива в топливных баках были предусмотрены перфорированные демпфирующие перегородки.
Конструкция планера ВКС включала в себя: непосредственно сам корпус (фюзеляж), состоящий из переднего, центрального и хвостового отсеков, консоли крыла, двухкилевое вертикальное и переднее горизонтальное оперение, мотогондолу воздушно-реактивной силовой установки и водородные баки.
Силовая конструкция корпуса должна была быть выполнена в основном из алюминиевых сплавов, защищаемых многоразовым теплоизолирующим покрытием на наружной поверхности.
Передний отсек корпуса состоял из двух половин, между которыми располагался герметичный модуль кабины экипажа. Остекление кабины экипажа предполагалось выполнить из трехслойных панелей, аналогично иллюминаторам космических кораблей.
Средний и хвостовой отсеки предполагалось сделать ферменно-балочной конструкции с обшивкой из алюминиевого проката.
Теплозащита ВКС от аэродинамического нагрева на атмосферных участках выведения и спуска выполнялись по типу «холодной» конструкции, то есть силовые элементы конструкции были рассчитаны на нормальные температурные условия работы, а высокие температуры от кинетического нагрева воспринимались внешним теплоизолирующим покрытием. Тип внешней теплозащиты определялся условиями полета аппарата в атмосфере, его аэродинамической формой и т. д. Как показывали расчеты, максимальная температура на передних кромках корпуса, крыла и оперения могла достигать 19200°К. С учетом температурного «портрета» аппарата в разных местах его конструкции предполагалось использование различных теплоизолирующих материалов. В наиболее теплонагруженных местах предполагалось использовать материал на основе углерода с противоокислительным покрытием, состоящим из углеродных волокон и матрицы из того же материала с покрытием из карбида кремния.
Верхняя поверхность корпуса, нагреваемая до 5900°К, должна была защищаться плитками ~500x500 мм высокотемпературной многоразовой изоляции, состоящей из волокон чистого плавленого кварца. Наружная поверхность плиток защищалась плавленым боросиликатным покрытием, обеспечивающим необходимое соотношение между количеством поглощаемого и испускаемого излучения. Для менее нагреваемых частей корпуса предполагалось использование низкотемпературной многоразовой теплоизоляции в виде аналогичных плиток, отличающихся только типом покрытия и их толщиной.
В состав основных систем ВКС входили:
1. Система жизнеобеспечения, включающая подсистемы регенерации атмосферы, обеспечения жизнедеятельности экипажа, терморегулирования, обеспечение работы шлюзовой камеры.
2. Бортовое электронное оборудование, обеспечивающее навигацию и управление полетом, отработку полетных данных, связь, индикацию и контроль, измерение параметров подсистем, распределение электроэнергии и др.
3. Система управления полетом.
4. Система бортового электропитания, при этом источниками энергии на борту ВКС были как батареи топливных кислородно-водородных элементов, так и сам бортовой ядерный реактор.
5. Гидросистема, состоящая из четырех независимых подсистем с высокой степенью резервирования.
6. Система вспомогательных силовых установок, состоящая из двигателей орбитального маневрирования и двигателей газодинамического управления ориентацией ВКС.
7. Система орбитального маневрирования, состоящая из двух блоков, располагалась в хвостовой части корпуса ВКС. В состав каждого блока входил ЖРД, шар-баллон с гелием для подачи компонентов топлива. Для стабилизации и ориентации ВКС во время орбитального полета предусматривалась система ориентации, состоящая из блоков небольших двухкомпонентных ЖРД.
При возникновении аварийных ситуаций предусматривались следующие схемы возвращения аппарата на землю: непосредственное возвращение по штатной схеме или один виток вокруг земли по суборбитальной траектории, выход на низковысотную орбиту и вход в атмосферу по типовой программе. В случае экстренной необходимости, для спасения экипажа на любом участке полета предусматривалось отделение спасаемой капсулы с кабиной экипажа и спасение ее на парашюте.
Наличие на борту ВКС М-19 ядерного реактора предполагало безусловное выполнение соответствующих мероприятий по обеспечению радиационной безопасности, в том числе:
- создание круговой радиационной защиты вокруг реактора и установка радиационного экрана за кабиной экипажа;
- предотвращение разрушения оболочки реактора в случае аварии за счет создания специальной амортизационной системы (способной проглотить энергию при ударе о землю) и средств защиты реактора от прогорания;
- применение в конструкции комбинированной силовой установки теплообменника, предотвращающего прямой выброс из двигателя продуктов распада в атмосферу в виде радиоактивной газовой струи.
Вопросы радиационной безопасности применения ЯРД становились на первый план при реализации проекта. Хорошо известно, какими бедами может сопровождаться радиационное заражение окружающей среды для человека. Заражение радиоактивными продуктами может угрожать здоровью и жизни людей в течение даже многих тысячелетий. Так, например, период полураспада «плутония 239» составляет 24 тысячи лет а «цезия 137» - 33 года.
Что касается обеспечения радиационной защиты и безопасности при разрушении корпуса реактора в катастрофических ситуациях, то в СССР и за рубежом проводились подобные исследования. В частности, в качестве конструктивного решения на М-19 предлагалось использовать пластически-деформируемую оболочку, устанавливаемую вокруг корпуса ядерного реактора. Сам корпус реактора также изготавливался из пластичного высокопрочного материала. По расчетам пластическая деформация как самого корпуса реактора, так и его оболочки должны были обеспечить поглощение энергии удара при скоростях столкновения до 300 м/с.
Основным проблемным вопросом создания ВКС М-19 было создание комбинированной силовой установки. На ней, как на главной идее, строилась концепция всего проекта.
Схема силовой установки носила элементы новизны, и главное, с чем справились разработчики, это то, что был предложен специальный агрегат (теплообменник), благодаря которому радиоактивный контур был полностью изолирован, что исключало радиационное заражение атмосферы при включении двигателя у земли. Кстати, идея подобной комбинированной силовой установки была запатентована, среди авторов изобретения были: В.М.Мясищев, Н.Д.Кузнецов, Н.Д.Барышов, А.А.Брук, М.А.Борчев, О.В.Гурко, И.М.Яцунский, А.Б.Чернышев.
Комбинированная двигательная установка включала в себя:
- маршевый ядерный ракетный двигатель (ЯРД) включая ядерный реактор с радиационной защитой;
- десять двухконтурных турбореактивных двигателей (ДТРДФ) с теплообменниками во внутреннем и наружном контурах и с форсажной камерой;
- гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ГПВРД);
- два турбокомпрессора для обеспечения прокачки водорода через теплообменники ДТРДФ;
- распределительный узел с турбонасосными агрегатами, теплообменниками и вентилями трубопроводов, системы регулирования подачи топлива.
В качестве топлива для ДТРДФ и ГПВРД использовался водород, он же являлся и рабочим телом в замкнутом контуре ЯРД. Комбинированная двигательная установка ВКС М-19 предполагала поэтапное включение различных типов двигателей в зависимости от режима полета.
Работа комбинированной силовой установки ВКС регламентировалась оптимальными режимами работы на всех фазах полета и предусматривала следующие режимы:
1. Режим «взлет» и «начальный разгон» до скоростей, соответствующих числам М=2,5-2,7 на высотах 12-15 км.
На этом режиме работает ДТРДФ с подогревом воздуха перед турбиной от замкнутого контура с реактором при включенной форсажной камере.
2. Режим полета «разгон», соответствующий скоростям М=2,7-5,0 на высотах ~ 15 км.
На этом режиме работают только ДТРДФ в режиме авторотации с подогревом воздуха на входе в форсажную камеру от замкнутого контура с реактором при включенной форсажной камере.
В диапазоне скоростей, соответствующих числам М=3,5-4,5 к ДТРДФ подключаются ГПВРД, которые обеспечивают разгон аппарата до условий полета: высота -50 км, скорость М~16,0.
Только по достижении заданных высокоскоростных параметров происходит включение ЯРД. В этих условиях отстреливается хвостовой обтекатель и заглушка горловины сопла маршевого ЯРД, включается ЯРД.
На режимах полета с работающим воздушно-реактивным контуром мощность реактора могла изменяться в пределах 2100-4000 МВт.
Тяга силовой установки на режиме ЯРД (Н~50 км, М=1б,0) должна была составлять около 280-300 тс, при эффективной мощности ядерного реактора порядка N~14800-15600 МВт.
Исследуя концепцию ВКС с комбинированной ядерной установкой, разработчики прекрасно понимали, какие проблемы и трудности стоят на пути создания подобной системы. В том числе, одной из них было создание новых конструкционных материалов, и особенно проблематичным было получение материалов для создания активной зоны реактора и теплообменников. Так, например, максимальная температура воздуха перед турбиной ДТРДФ составляла 1600°К, а максимальная температура центрального тепловыделяющего элемента реактора доходила до 3300°К. В связи с этим рассматривался вопрос использования для изготовления теплообменников специального молибденового сплава, конструкции из которого для предотвращения интенсивного окисления имели специальное защитное покрытие.
В качестве входного устройства силовой установки был выбран регулируемый многорежимный двухскачковый воздухозаборник. При полетах на гиперзвуковых скоростях воздухозаборники переключались на гиперзвуковой режим путем изменения площади горла и углов стенок каналов воздухозаборников за счет поворотных плоских рамп.
Необходимо отметить, что при расчетах характеристик двигателя на турбопрямоточном, ракетно-прямоточном и гиперзвуковом режимах полета использовались результаты экспериментальных исследований, проведенных в ЦИАМ, ЦАГИ и ИТПМ СО АН СССР.
По материалам сайтов testpilot.ru, objectiv-x.ru
Летчик-космонавт СССР, дважды Герой Советского Союза, кандидат технических наук, генерал-майор авиации В. Шаталов
Схема освоения приземного воздушного и космического пространства.
Коридор возможных высот и скоростей полета крылатых летательных аппаратов.
Экспериментальные самолеты Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США для изучения проблем, связанных с освоением гиперзвуковых скоростей полета и созданием многоразового космического транспортного корабля.
Самолет-носитель B-52, под фюзеляжем которого подвешен экспериментальный самолет Х-15.
Схема полета современного истребителя напоминает схему полета разрабатываемого многоразового космического транспортного корабля.
Взлет истребителя с пороховыми ускорителями.
Истребители, снабженные под фюзеляжным дополнительным топливным баком.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Когда летишь на современном сверхзвуковом истребителе, забираешься на самый «потолок», на предельную высоту, кажется, что совсем немного недостает машине, чтобы вырваться из пут земного тяготения и выйти на орбиту. А когда возвращаешься из космического полета и корабль входит в плотные спои атмосферы, невольно думаешь о том, как было бы хорошо, если бы он обладал качествами самолета: можно было бы выполнить необходимый маневр и совершить привычную посадку на аэродром.
К сожалению, пока ни самолет, ни космический корабль не обладают такими качествами. Но я глубоко убежден, что дело это временное.
Авиация подготовила научные и технические заделы в области силовых установок, конструкции аппаратов, бортовых систем, приборов и оборудования, которые явились базой для создания ракеткой техники, для рождения космонавтики. И хотя космические корабли пока мало походят на самолет, а их полет мало напоминает полет самолетов, тем не менее в их конструкции и оснащении есть много от крылатых машин.
Авиацию по праву называют колыбелью космонавтики: только овладев полетом на больших скоростях и высотах, научившись создавать совершенные конструкции летательных аппаратов и мощные реактивные двигатели, человечество смогло предпринять штурм космоса. Многие ученые, конструкторы, участвующие в исследовании и освоении космического пространства, были тесно связаны с авиацией. Не случайно и то, что первыми покорителями космоса стали летчики.
В то же время многие проблемы, решаемые при создании ракетно-космической техники, и многие результаты исследований, полученные в космических полетах, имеют важное значение для дальнейшего развития авиации. Это теплозащита конструкции, терморегулирование, биологическая защита от космического излучения и многое другое.
Наблюдая прогресс авиационной и космической техники, мы вправе задать себе такой вопрос: будет ли в дальнейшем происходить сближение этих областей, или их развитие пойдет разными путями? Есть серьезные основания считать, что в недалеком будущем произойдет заметное сближение авиации и космонавтики.
Дальнейший прогресс авиации связывают в основном с двумя направлениями; с созданием аэробусов - крупных самолетов, способных перевозить по нескольку сот пассажиров, и с переходом к еще большим скоростям полета.
В последние годы очень быстро растут пассажирские перевозки на воздушных линиях, связывающих крупные города с местами массового туризма, с курортами. А поскольку значительная часть перевозок приходится сейчас на самолеты небольшой и средней вместимости, некоторые аэропорты работают очень напряженно.
Выход из создавшегося положения авиационные конструкторы видят в создании аэробусов - крупных самолетов для обслуживания линий небольшой и средней протяженности. Это будут представители третьего поколения реактивных пассажирских лайнеров. Большая коммерческая нагрузка, высокая крейсерская скорость, низкий расход топлива на километр пути, небольшие затраты на техническое обслуживание, большой ресурс самолета, двигателей и всех агрегатов - таковы должны быть достоинства аэробусов.
В Советском Союзе конструкторским бюро Сергея Владимировича Ильюшина разрабатывается аэробус «Ил-86». Он сможет перевозить 350 пассажиров со скоростью 950 километров в час на дальность до 4 600 километров.
Граница скорости полетов в пределах Земли известна - ее уже достигли баллистические ракеты и искусственные спутники Земли. Это первая космическая скорость - 7,9 км/сек. До нее авиации пока еще далековато - мировые достижения скорости самолетов находятся где-то в районе 3-4 тысяч километров в час, то есть 1 км/сек.
Что же стоит на пути достижения авиацией больших скоростей полета?
Своим возникновением и развитием авиация обязана воздушной оболочке планеты. Воздух создает опору летящему самолету, позволяет маневрировать в пространстве, он же используется для «дыхания» двигателей. Но одновременно воздух создает и аэродинамическое сопротивление, на преодоление которого тратится значительная мощность двигателей, причем с увеличением скорости это сопротивление резко возрастает. Кроме того, воздух ставит на пути к большим скоростям полета ряд пороговых препятствий, барьеров. Это хорошо известный теперь звуковой барьер. Его уже преодолела не только военная, но и гражданская авиация. Однако далось это не легко и не сразу. Это также тепловой барьер - недопустимый нагрев самолетов при полете на скоростях, в три и более раз превышающих скорость звука. К этому барьеру несколько лет назад вплотную подошла военная авиация. Экспериментальные самолеты предпринимают вылазки за его пределы. Но пока это лишь проба сил.
Попутно хочется отметить, что само название «барьер» для авиации не совсем удачно. Это не барьеры в обычном понимании слова - преодолел, а дальше снова легкая дорога. Это скорее рубеж, на котором авиация встречается с новыми серьезными трудностями, причем, появившись однажды, они уже не исчезают, а требуют к себе постоянного внимания.
Самолет, превысив скорость звука, преодолев звуковой барьер, все время как бы несет его на себе в виде ударной волны и становится своеобразным источником непрерывного, бесконечно растянутого взрыва. Такое же положение с тепловым барьером.
По мере развития авиации конструкторам приходится решать все более сложные задачи.
Если, к примеру, для небольших скоростей полете в атмосфере аэродинамические расчеты производятся независимо от тепловых, то при полетах на сверхзвуковых скоростях в аэродинамических расчетах приходится уже учитывать теплообмен, решать вопрос о тепловой защите аппарата, то есть решать типичную задачу теории тепломассообмена.
Современные лайнеры летают обычно на высоте 8-10 километров со скоростью около 900 километров в час. В этих условиях аэродинамический нагрев незначителен, и его во внимание не принимают. Если же самолет будет лететь на этой высоте со скоростью в 3 тысячи километров в час, то, как показывают простейшие расчеты, температура заторможенного воздушного потока - слоев воздуха, омывающих поверхность самолета,- составит плюс 280 градусов Цельсия. На гиперзвуковых скоростях (превышающих скорость звука в пять и более раз) она превысит тысячу градусов. При скорости 10 тысяч километров температура достигнет уже 3 600 градусов,
С трудными задачами теплозащиты уже столкнулись создатели космической техники. Были разработаны так называемые абляционные покрытия, теплозащитные свойстве которых основываются на переходе материала из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. Абляционные покрытия защищают спускаемый аппарат космического корабля, тормозящийся при спуске в атмосфере Земли, от тепловых потоков, достигающих 6-8 тысяч градусов. Но действие таких покрытий связано с укосом массы, а следовательно, с изменением формы покрытия, что совершенно нежелательно для аппаратов, использующих в полете подъемную силу крыльев и корпуса, снабженных аэродинамическими органами управления.
Но даже если бы удалось создать надежную тепловую защиту, попет с гиперзвуковыми скоростями на освоенных высотах был бы невыгоден по экономическим соображениям - расход энергии на преодоление аэродинамического сопротивления воздуха был бы слишком большим.
Вот почему летать с большими скоростями можно лишь в разреженной атмосфере. Здесь и задачи теплозащиты аппарата могут быть решены доступными средствами. Другими словами, надо подниматься в область не освоенных еще высот, в область верхней атмосферы, которая лежит между высотами 30 и 150 километров. Самолеты не могут здесь летать вследствие недостаточной подъемной силы крыльев и тяги воздушно-реактивного двигателя, а орбитальный полёт космического корабля на таких высотах невозможен из-за большого аэродинамического торможения. Эта область разреженной атмосферы пока разделяет авиацию и космонавтику, не дает установить между ними более тесное взаимодействие.
А нужно ли такое взаимодействие? Да, нужно. В околоземном космическом пространстве без него вряд ли можно будет обойтись. С дальнейшим расширением деятельности человека в этом районе все обслуживание между Землей и околоземными орбитами, очевидно, придется взять на себя аппаратам самолетного типа.
Есть ли какие-либо данные о том, что авиация и космонавтика стремятся освоить пространство верхней атмосферы?
Есть... И уже немало.
В частности, экспериментальные пилотируемые самолеты с ракетными жидкостными двигателями, запускаемые в США с самолетов-носителей, достигали высоты более 80 километров и скорости полета около 6 тысяч километров в час. После отделения от носителей самолеты разгонялись и выходили на баллистическую траекторию, Для управления вне пределов плотной атмосферы на них использовались не аэродинамические, а струйные рули. Однако ограниченный запас топлива позволял самолетам выполнять лишь своеобразный подскок вверх, после чего они планировали и совершали посадку.
В полетах экспериментальных ракетных самолетов ученым и конструкторам удалось получить ответы на многие вопросы. В частности, немало нового узнали они об аэродинамике и устойчивости аппаратов, летающих на гиперзвуковых скоростях, о воздействии аэродинамического нагрева на их конструкцию и на работоспособность систем, об особенностях входа в плотные слои атмосферы на больших скоростях с использованием подъемной силы.
Авиация подбирается к области неосвоенных высот снизу, космонавтика - сверху.
Как известно, снижение кораблей «Восток» и «Восход» происходило по баллистической траектории. Рассеивание (проще говоря, показатель неточности попадания в расчетную точку приземления) и перегрузки при таком спуске были довольно значительными, ибо аппарат полностью отдавался во власть стихии - управлять им не представлялось возможным.
Меньшие перегрузки при снижении и значительно большую точность приземления можно было получить лишь при управляемом спуске, то есть при таком спуске, когда в атмосфере происходит управление траекторией спуска корабля. Именно так происходит спуск «Союзов». Правда, этот способ снижения с орбиты потребовал преодоления ряда технических трудностей. Во-первых, нужно было придать спускаемому аппарату форму, обеспечивающую ему аэродинамическое качество. (Эта характеристика, пришедшая из авиации, есть отношение подъемной сипы аппарата к величине его лобового сопротивления.) Кроме того, нужно было создать систему, управляющую кораблем как на внеатмосферном, так и на атмосферном участках полета, и решить ряд других задач. Но зато управляемый спуск позволил снизить перегрузки в 2-3 раза (с 8-10 до 3-4 единиц) и значительно уменьшить рассеивание точки приземления.
От управляемого спуска космического корабля до управляемого полета в верхней атмосфере дистанция еще, конечно, огромного размера. Но тем не менее можно считать, что определенный шаг в этом направлении был сделан и космонавтикой.
В последние годы советские ученые провели ряд других экспериментов, имеющих важное значение для сверхвысотной и сверхскоростной авиации будущего. Я имею в виду эксперименты на автоматических ионосферных лабораториях «Янтарь».
На борту этих лабораторий, запускавшихся с помощью геофизических ракет, устанавливались электрореактивные двигатели. Испытания показали достаточно устойчивую работу этих двигателей на разных высотах и в разных режимах. Примечательно то, что на борту не было ни горючего, ни окислителя. Рабочим телом служил азот атмосферы, правда, предварительно ионизированный. Таким образом, была доказана реальная возможность применения электрических реактивных двигателей для транспортных средств, совершающих полет в верхней атмосфере.
Процесс взаимопроникновения авиации и космонавтики начался уже давно, а в последнее время идет особенно активно. Если лет десять назад еще трудно было говорить об аппаратах, сочетающих качества космического корабля и самолета, то теперь положение изменилось. Облик таких аппаратов предстает достаточно отчетливо. И не только потому, что проведены многие фундаментальные исследования. Главное - конкретнее, определеннее стали цели их создания.
Будущее космонавтики в значительной мере связано с долговременными орбитальными станциями и лабораториями различного назначения. Советская наука рассматривает их создание как магистральный путь человека в космос.
Опыт создания и эксплуатации орбитальных станций советской «Салют» и американской «Скайлэб» показал, что современной космонавтике такая задача уже по плечу.
Но сами станции представляют лишь часть космической системы. Для их эксплуатации- смены экипажей, доставки запасов продовольствия, топлива для двигателей и других материалов - нужны транспортные корабли, которые совершали бы регулярные рейсы по трассе Земля - орбита - Земля.
Это звено системы оказалось пока наиболее слабым. Современные ракетно-космические транспортные средства сравнительно дороги, недостаточно грузоподъемны, требуют долгого времени для подготовки к старту. Все космические аппараты (пилотируемые и беспилотные) выводятся сейчас в космос с помощью одноразовых ракет-носителей. Сложные космические корабли также предназначаются лишь для одного полета.
Разве можно примириться, например, с тем, чтобы крупный океанский лайнер, строящийся несколько лет, предназначался для одного-единствениого рейса? А в космонавтике именно так дело и обстоит.
Возьмем, к примеру, американскую ракету-носитель «Сатурн-5», которая обеспечивала полеты кораблей «Аполлон» к Луне. Этот исполин высотой более 100 метров и весом почти в 3 тысячи тонн фактически прекращал свое существование через несколько минут после старта. А ведь каждая такая ракета стоит ни много ни мало 280 миллионов долларов. Через 10-12 дней от всей сложнейшей системы «Сатурн» - «Аполлон» оставалась лишь небольшая обгоревшая в атмосфере и практически непригодная для дальнейшей эксплуатации спускаемая капсула, в которой экипаж возвращался на Землю. Победная дорога космонавтики усеяна сгоревшими обломками ракет, блоков космических кораблей и брошенными на орбитах спутниками.
Такая «одноразовость» техники превращается в серьезный тормоз дальнейшего развития космонавтики и космических исследований. На первых порах, когда запусков было не так много, а исследования не косили столь большого масштаба, с этим можно было мириться. В дальнейшем же подобное расточительство станет невозможным.
Выход из создавшегося положения специалисты видят в разработке принципиально новых космических транспортных кораблей. Существует много различных проектов, но все такие корабли по замыслу конструкторов должны «уметь» летать в атмосфере, выходить на околоземную орбиту, находиться на ней достаточно продолжительное время, а затем совершать посадку по-самолетному, на свой аэродром. И, что особенно важно, сохранять как можно больше элементов системы для повторного использования.
Чтобы удовлетворять этим требованиям, новые космические корабли должны существенно отличаться от нынешних. Во всяком случае, их орбитальные ступени должны обладать многим из того, что есть у современного самолета.
В поисках схемы нового космического транспортного корабля научно-техническая мысль прошла долгий и сложный путь. Идеальной схемой корабля, отвечающей самым строгим требованиям, сейчас считается двухступенчатая схема с параллельным расположением ступеней. Обе ступени, возвращаемые, пилотируемые, снабжены крылом; как и самолет, они стартуют с аэродрома и садятся на аэродром. Такой корабль можно представить в виде двух самолетов: внизу большой - самолет-разгонщик, а на нем меньший. Большой взлетает с аэродрома, и после того, как достигнута расчетная скорость, меньший отделяется от него и с помощью своих двигателей выходит на орбиту. Самолет-разгонщик тем временем возвращается на аэродром. Выполнив задачу, орбитальный самолет сходит с орбиты и также совершает посадку на аэродром.
Горизонтальный, или самолетный, старт предпочтительнее для многоразового космического корабля, хотя при ракетном старте выводится большая полезная нагрузка. Горизонтальный старт дает возможность выполнять боковой маневр при выведении корабля и запускать вторую ступень практически в любое время без ограничения по азимуту. А это значит, что транспортная система с горизонтальным стартом более маневренна.
Однако реализация такого проекта сегодня еще слишком сложна. Он опережает время, включает еще много нерешенных проблем.
Наиболее приемлемым пока считается проект транспортного корабля, у которого первая ступень - непилотируемая, частично восстанавливаемая для повторного использования, а вторая ступень - пилотируемая, самолетного типа. Отход от «идеальной» схемы означает прежде всего возвращение к вертикальному ракетному старту, утрату в полете некоторых элементов системы. Заметьте: утрату не всей ракеты-носителя и не всего корабля, как сейчас, а лишь некоторых элементов.
В США разрабатывается космический транспортный корабль под названием «Шаттл» («Челнок»). Он имеет двухступенчатую схему с параллельным расположением ступеней, обе ступени возвращаемые; двигательные установки ступеней включаются одновременно. Первая ступень состоит из двух спасаемых (то есть возвращаемых на Землю и пригодных для повторного использования) непилотируемых ракетных блоков с двигателями, работающими на твердом топливе. Вторая ступень крылатая, пилотируемая, оснащенная в водородно-кислородными ЖРД и сбрасываемым перед выходом на орбиту топливным баком. В этой схеме используются преимущества ракетной техники, в частности, применяется высокоэнергетическое топливо и вертикальный старт. Единственная часть системы, которая будет утрачиваться в полете, - топливный бак второй ступени.
Вся эта система чем-то напоминает истребитель, снабженный подфюзеляжным дополнительным топливным баком и двумя пороховыми ускорителями. Взлет такого самолета не раз демонстрировался на воздушных парадах. Только в отличие от него космический транспортный корабль будет иметь топливный бак огромных размеров, превышающий по размерам и весу сам корабль почти вдвое. А вместо компактных пороховых ускорителей - два больших спасаемых твердотопливных ракетных блока.
Отмечая недостатки существующих пилотируемых космических кораблей, мы назвали два: одноразовость и недостаточную грузоподъемность. В действительности недостатков гораздо больше, В частности, нынешние корабли мало маневренны, выполняют только парашютную поездку, для поиска и эвакуации их спускаемых аппаратов требуется специальная служба. Пока все они совершают полет по «жестким» орбитам, не производят маневра плоскостью орбиты, поскольку такой маневр связен с огромным расходом топлива. Вследствие этого корабли не могут спускаться в заданный район, если через него не проходит очередной виток.
Создание аппарата, обладающего большими маневренными возможностями на орбите, заметно расширило бы перспективы всей околоземной космонавтики. Можно было бы уже не запускать, а просто доставлять спутники не орбиты в грузовом отсеке корабля, обслуживать и ремонтировать их в космосе, возвращать на Землю материалы исследований и наблюдений, выполненные спутниками, и даже сами спутники е случае их выхода из строя. Не пришлось бы больше решать сложные проблемы, связанные, в частности, с отделением носовых обтекателей, раскрытием антенн, панелей солнечных батарей. На орбите перед отделением спутника от корабля можно проверить работу его аппаратуры. Значительно снизились бы затраты на разработку выводимых на орбиту аппаратов, поскольку менее жесткими оказались бы ограничения их веса и габаритов. Кроме того, можно было бы обходиться без сложных мер защиты от воздействия больших перегрузок, вибрации, шумов.
С помощью маневрирующих пилотируемых аппаратов может быть организована эффективная служба помощи в космосе.
Ныне спасательный корабль может сблизиться с кораблем, терпящим бедствие, лишь в том случае, если он запущен в тот момент, когда орбита корабля, терпящего бедствие, проходит над местом старта. А повторяется это лишь раз в сутки.
Теперь представим себе, что необходимо срочно эвакуировать экипаж орбитальной станции и что в космосе уже находится пригодный для этого корабль, но угол наклона его орбиты относительно плоскости земного экватора не такой, как у орбиты станции. Сейчас в подобной ситуации для сближения корабля и станции ничего сделать нельзя. А вот транспортный корабль, обладающий аэродинамическим качеством, в состоянии выполнить нужный маневр. Для этого ему придется погрузиться в атмосферу, проделать необходимые эволюции, а затем снова выйти на орбиту. Путем многократного погружения в атмосферу можно значительно изменить плоскость орбиты космического аппарата. Конечно, это также требует расхода топлива, но значительно меньшего, чем маневрирование на орбите, ибо в осуществлении маневра такому кораблю помогает атмосфера.
Когда в свете новых требований, предъявляемых к космическому полету, начинаешь думать: что же надо совершенствовать - современный космический корабль или современный самолет, то неизбежно приходишь к выводу, что путь к новому кораблю от авиации, пожалуй, ближе, чем от космонавтики. Орбитальная ступень этого корабля должна иметь все, чем располагает самолет: фюзеляж достаточно большой длины, крылья, систему для захода на посадку, шасси, аэродинамические органы управления.
Но разработка такого корабля (его с полным основанием можно назвать воздушно-космическим самолетом) - задача не простая. Ряд научных и технических проблем, решенных ранее применительно к нуждам космонавтики, приходится решать заново. Возьмем хотя бы теплозащиту орбитальной ступени при входе в плотные спои атмосферы. Возникает необходимость в разработке новых методов теплозащиты и новых теплозащитных материалов.
В отличие от спускаемого аппарата космического корабля орбитальная ступень воздушно-космического самолета должна рассеивать значительную часть кинетической энергии не в плотной атмосфере, а на больших высотах, вследствие чего ее нагрев будет определяться прежде всего углом входа в атмосферу. Облегчить тепловой режим орбитальной ступени при входе в плотные слои атмосферы может спуск ее на больших углах атаки. Тогда непосредственному воздействию набегающего потока будут подвергаться только нижние поверхности ступени, площадь которых составляет примерно одну треть от всей поверхности. То есть большая часть поверхности орбитальной системы не потребует сложной теплозащиты. И самое главное - не будет областей с очень большими температурами, что наблюдается при малых углах атаки.
Продолжительность полета на атмосферном участке снижения нового космического аппарата может возрасти с десяти минут, так обстоит дело сейчас, до часа и более. В этих условиях температура большей части, если не всей конструкции аппарата, будет близка к равновесной температуре излучения, что позволит не применять для теплозащиты абляционные материалы.
Однако проектирование конструкции, охлаждаемой излучением, требует точного знания местных тепловых потоков по всей поверхности. Выбор материалов должен быть сделан без ошибок, которые допустимы при более толстом теплозащитном покрытии из абляционного материала. Поскольку тепловые потоки связаны с распределением давления, выбор геометрической формы аппарата приобретает огромное значение.
При исследовании различных форм космических самолетов особое внимание уделяется их маневренности на гиперзвуковой скорости и величине аэродинамического качества. Чем большим аэродинамическим качеством будет обладать такой самолет, тем меньше ему придется ожидать момента схода с орбиты для возвращения в заданный район земного шара. При достаточно большом значении аэродинамического качества аппарат может достичь любой точки на земной поверхности, спускаясь с орбиты в любой момент.
У техники уже есть опыт создания универсальных транспортных средств, таких, скажем, как плавающие и летающие автомобили или самолеты-амфибии. В большинстве случаев в них механически объединены и самостоятельно действуют разные машины. Плавающий автомобиль, например, и до сих пор имеет все необходимое для движения по суше плюс водонепроницаемый корпус, винт или водометный движитель. Самолет-амфибия - это лодка или катамаран плюс самолет.
Полет в двух столь отличных друг от друга средах, как атмосфера и космический вакуум, потребует оснащения нового аппарата как аэродинамическими, так и газореактивными органами управления. Первые (киль, руль поворота, элевоны) будут предназначаться для полета в плотных слоях атмосферы, вторые (группы реактивных двигателей или газовых сопел) - для полета в космосе и в верхней разреженной атмосфере. Такое сочетание считается в технике вынужденным, нежелательным, но неизбежным,
В принципе новый аппарат можно было бы снабдить только газореактивными органами управления - реактивная тяга универсальна для обеих сред, но в этом случае пришлось бы отказаться от многих преимуществ, которые дает атмосфера, иметь значительно больший запас топлива или газа, причем носить этот запас до конца полета.
Боковой маневр и маневр по дальности (к примеру, при выборе точки приземления) космический самолет будет выполнять за счет аэродинамических сил, изменяя свои угол крена и угол атаки. Величина боковой дальности (максимальное отклонение вправо и влево) зависит от аэродинамического качества орбитальной ступени: чем оно выше, тем больше боковая дальность. Чтобы получить, например, боковую дальность ±2 000 км, орбитальная ступень должна иметь аэродинамическое качество на спуске около 1,3.
Напрасно стали бы мы рассматривать все проблемы, связанные с созданием космического аппарата нового типа - их очень много. Это устойчивость и управляемость аппарата, особенно при входе в атмосферу и при посадке, это двигательные установки для обеих ступеней, заправка и хранение топлива. Для нового космического аппарата понадобятся малогабаритные источники электроэнергии - на нем негде установить панели солнечных батарей. Не обойтись без усовершенствования командно-измерительного комплекса, разработки новых систем спасения космонавтов на всех этапах полета, без разрешения многих вопросов эксплуатации. Однако решение всех этих проблем по силам современной науке и технике. Создание космического самолета - вполне реальное дело, и, очевидно, недалеко время, когда мы станем свидетелями его первого полета.
От тесного содружества авиации и космонавтики, этих передовых областей науки и техники, выиграет не только космонавтика. Не менее впечатляющими могут стать в недалеком будущем достижения авиации. Освоение сверхзвуковых скоростей и больших высот даст толчок развитию гиперзвуковых самолетов как транспортного средства. Самолеты, которые придут на смену современным сверхзвуковым лайнерам, смогут за несколько часов доставлять людей и грузы в любую точку земного шара.
Тема освоения космоса в СССР всегда являлась сверхсекретной. К счастью, сегодня завеса таинственности приподнимается... Например, подобная таинственность витала над работами выдающегося конструктора Владимира Челомея. Главным образом его имя связывают с разработкой легендарной ракеты-носителя «Протон». На протяжении 22 лет данная ракета-носитель являлась в Советском Союзе самой мощной, выводившей на орбиту 20 тонн полезного груза. Даже сегодня, несмотря на наличие более мощной ракеты «Энергия», «Протон» остается космическим транспортом в выполнении настоящих и перспективных российских космических программ. В 2001 году в первый полет отправилась ракета «Протон-М», которая является модификацией «Протона», разработанной академиком Челомеем В.Н.
Однако существовало и другое направление деятельности конструктора, о которой знал лишь очень узкий круг специалистов. Данное направление связано с разработкой собственного варианта космического «челнока».
Владимир Николаевич никогда не прекращал заниматься конструированием ракетопланов. В 1960 году Королев С.П., мотивируя успешными полетами МБР, предложил закрыть в СССР проектирование крылатых ракет. Брежнев Л.И., отвечавший за оборонную технику, сразу же его поддержал, и тематика была прикрыта.
Однако в ОКБ Челомея В.Н. тема продолжалась, до логического конца доводилась почти подпольно. В 1960-е годы в конструкторском бюро Челомея (ОКБ-52) был начат проект перспективного крылатого орбитального многоразового пилотируемого космического корабля с запуском на ракете-носителе «Протон». В эти годы разрабатывались проекты ракетопланов «МП-1», «М-12», «Р-1» и «Р-2». В качестве базы для проекта использовались наработки по теме космического ракетоплана Цыбина для ракеты-носителя «Восток». Уже 21 марта 1963 г. с космодрома Байконур на ракете Р-12 был осуществлен суборбитальный запуск прототипа легкого космического самолета Р-1. На высоте 200 км ракетоплан отделился от носителя и при помощи бортовых двигателей набрал высоту 400 км, после чего начал спуск. Ракетоплан Р-1 вошел в атмосферу Земли на скорости 4 км/с, пролетел 1900 км и приземлился при помощи парашюта.
В 1964 году уже реально проступил облик ЛКС. Пилот данной сигарообразной машины с изменяющимся круговым оперением хвоста и боковыми килями при соответствующем оснащении мог производить срочную детальную разведку или перехват целей. Однако работу завершить не позволили.
После событий 1964 г., когда в ОКБ-52 с проверкой нагрянула проверочная комиссия, перспективные проекты были забыты. Проект легкого космического корабля приостановили. Причиной остановки послужила концентрация ресурсов на лунной программе СССР и создании кораблей «Союз», а также авиационно-космической системы «Спираль». В 1966 году материалы по данной разработке передали в ОКБ Микояна.
В 1976 году в СССР принимается правительственное решение о создании МТКС, которая во многом дублирует разработанную в США: советская партийная номенклатура к тому времени начинает воспринимать Запад в качестве эталона. Для этой программы нужно было разработать ракетный носитель «Энергия» (генеральный конструктор Глушко) и космический корабль «Буран» (генеральный конструктор Лозино-Лозинский).
Челомея также пригласили поучаствовать в программе. Однако конструктор отказался, так как являлся сторонником несимметричных решений, которые позволяют достичь желаемых результатов меньшими усилиями. Он доказывал, что разработка МТКС для СССР экономически невыгодна, и предложил проект легкого космического самолета, запускаемого ракетоносителем «Протон». В результате смета разработки транспортно-космической системы уменьшалась на порядок. Тогда же были возобновлены проектные работы.
После придирчивого анализа различных вариантов Челомеем был выбран проект, в котором ЛКС выводил бы на орбиту 4-5 тонн полезного груза. В самолете предусматривалось максимально применить результаты летно-конструкторских испытаний моделей ракетопланов 1960-х годов.
Для выведения ЛКС на орбиту предлагалось использовать готовую ракету-носитель «Протон К» («УР500К»). Использование готовой ракеты-носителя существенно снижало время и затраты на создание ЛСК. Внешне аппарат очень напоминал «Буран» в миниатюре. При этом их аэродинамические и эксплуатационные характеристики были весьма похожи. Для ускорения создания на самолете предлагалось использовать отработанные системы, агрегаты и узлы с ОПС «Алмаз» и ТКС. Полет ЛКС в пилотируемом варианте должен был длиться до 10 суток и в беспилотном – 1 год. Масса 19-метрового легкого космического самолета составляла 20 тонн при полезной нагрузке 4 тонны. Экипаж ЛКС состоял из двух человек.
Легкий космический самолет изначально разрабатывался как аппарат многоцелевого назначения, который позволяет решать широкий круг задач в интересах народного хозяйства, науки и обороны. На нем также предполагалось отработать технику полета космического самолета. Легкий космический самолет предназначался для транспортировки полезных космических грузов, а также для сборки орбитальных поселений, наподобие советского "Мира" и американской Международной космической станции, или для поражения крупных стратегических пунктов и нейтрализации межконтинентальных баллистических ракет.
На фото - натурный макет легкого космического самолета конструкции Челомея. Один из памятников советской космонавтики был спешно разобран и уничтожен в целях сохранения секретности.
Особенностью легкого космического самолета стало использование теплозащитного покрытия, применявшегося на многоразовом возвращаемом аппарате комплекса «Алмаз». Данная теплозащита обеспечивала сто циклов возврата из космического пространства. Кроме этого, она была гораздо дешевле и надежнее плиточного покрытия «Бурана» и «Спейс Шаттла». Также от «Алмаза» должны были «перекочевать» системы обеспечения жизнедеятельности экипажа, управления и тому подобное.
К сожалению, среди наших ведомств и министерств заказчика на гражданский транспорт не нашлось, тогда Челомей В.Н. развернул программу, которую Велихов Е.П., всемирно известный академик, назвал «Звездные войны». Проект был весьма смелым и ошеломляющим. Были выпущены тех. предложения по ЛКС в 25 томах, а также техническое предложение по созданию космического флота из легких космических самолетов в 15 томов. Сам ЛКС предлагалось создать в течение четырех лет. Данные предложения поддержки у руководства Минобороны и отрасли не нашли. Несмотря на это, Челомей В.Н. в инициативном порядке разработал эскизный проект космического самолета. Основное внимание в проекте уделялось военному применению легкого космического самолета. В качестве основной задачи было обозначено выведение на околоземную орбиту лазерного для предотвращения ядерного нападения. При этом на орбиту необходимо вывести было 360 орбитальных самолетов с лазерным оружием на борту. При этой «скорострельности» собирались довести до 90 запусков «Протонов» в год. Естественно, чтобы обеспечить дежурство легких космических самолетов на орбите в течение продолжительного времени, запускаться должны были беспилотные аппараты. В то же время, в случае снижения до безопасных пределов уровня военного противостояния, лазерное оружие возвращалось на Землю. Фактически данное предложения было «челомеевским» ответом на американскую СОИ (стратегическая оборонная инициатива).
В 1980 году на основании результатов эскизного проектирования изготовили полноразмерный макет легкого космического самолета.
Такое предложение, естественно, заинтересовало и военных, и руководителей СССР, которые были обеспокоены развертыванием СОИ. В сентябре 1983 года создали государственную комиссию по защите проекта легкого космического самолета. В состав комиссии вошли представители Минобороны, электронной промышленности, общего машиностроения, Александров А.П., Президент Академии наук СССР, и другие. Главным оппонентом на защите выступил Кисунько Г.В., генеральный конструктор систем ПРО, поскольку создание флота легких космических самолетов с лазерным оружием обесценивало наземные средства противоракетной обороны. По сути, Кисунько отстаивал собственные узковедомственные интересы. Тем не менее, он смог привлечь военных на свою сторону, и правительственная комиссия решила прекратить работы по ЛКС.
Дальнейшие работы были прекращены в пользу многоразовой транспортной космической системы «Энергия-Буран», а силы КБ были направлены на работы по космическому комплексу станции и корабля «Алмаз». В интересах секретности изготовленный макет ЛКС был разобран, а техническая документация засекречена. До настоящего времени сохранилось несколько фотографий макета легкого космического самолета Челомея.
Возможно, если бы работы по легкому космическому кораблю не прикрыли, сейчас в России имелся бы мобильный и сравнительно дешевый многоразовый транспортный корабль, который бы не постигла судьба «Бурана» (стоит на приколе). Однако трудно представить, чтобы Глушко В.П. позволил использовать ЛКС Челомея для снабжения своих орбитальных станций.
Технические характеристики:
Разработчик – МКБ Машиностроения (КБ Челомея В.Н.), 1980 год;
Длина ЛКС – 18,75 м;
Высота – 6,7 м;
Размах крыла - 11,6 м;
Длина отсека полезной нагрузки – 6,5 м;
Диаметр отсека полезной нагрузки – 2,5 м;
Масса полезной нагрузки – 4,0 тонны;
Масса самолета с АДУ САС – 25,75 тонны;
Контрольная масса на орбите (при наклонении 51,65 градуса на высоте 220-259 км) – 19,95 тонны;
Масса на посадке – 18,5 тонны;
Запас топлива для маневрирования – 2,0 тонны;
Максимальная продолжительность полета в пилотируемом варианте – 1 месяц;
Максимальная продолжительность полета в беспилотном варианте – 1 год;
Боковой маневр при снижении в атмосфере +/- 2000 км;
Максимальная скорость при посадке – 300 км/ч;
Подготовлено по материалам:
http://galspace.spb.ru
http://old.novosti-astronavtiki.ru
http://www.nkau.gov.ua
http://epizodsspace.no-ip.org
http://www.buran.ru
Недавно командующий космическими войсками России генерал-лейтенант Олег Остапенко заявил о том, что у нас ведутся работы по созданию беспилотного космического самолёта многоразового использования. Это подтвердил главком ВВС генерал-полковник Александр Зелин : «Естественно, ведутся. Мы не можем быть в обозе. Есть разработки, есть понимание, как это делать, есть технические решения ».
Нужно сразу подчеркнуть, что эти заявления были сделаны сразу после возвращения на землю американского беспилотного космического корабля X-37B, который провёл на околоземной орбите 225 суток. При этом задачи полёта и ход их решения были глубоко засекречены спецслужбами США. Так что трудно сказать, чего больше в высказываниях российских военачальников: блефа или реальной информации?
Вначале была «Спираль»
Тема космического самолёта, конечно, засекречена не только у американцев, но и у нас. Но кое-что просачивается в открытую печать и общие контуры проблемы можно вполне очертить.
Однозначно известно, что в советское время в работах по созданию космического самолета мы поначалу были впереди США. В 1965 году всё, что связано с «крылатой космонавтикой», было поручено ОКБ-155 А.И.Микояна. Тема по созданию воздушно-орбитального самолета (ВОС) получила индекс «Спираль» . Мало кто знает, что одним из руководителей проекта был космонавт № 2 Герман Титов. Впоследствии он рассказал мне в одном из своих последних интервью некоторые подробности.
Воздушно-орбитальный самолёт (ВОС) состоял из гиперзвукового самолёта-разгонщика (ГСР) и военного орбитального самолета (ОС) с ракетным ускорителем. Старт системы предусматривался горизонтальный, с использованием разгонной тележки, отрыв происходил на скорости 380-400 км/ч. После набора с помощью двигателей ГСР необходимых скорости и высоты происходило отделение орбитального самолета и дальнейший разгон осуществлялся с помощью ракетных двигателей двухступенчатого ускорителя, работающих на фторо-водородном топливе.
При этом орбитальный самолёт был пилотируемым (одноместным). Предусматривалось его использование в вариантах фоторазведчика, радиолокационного разведчика, перехватчика космических целей или ударного самолёта с ракетой класса «космос-земля» . Вес самолёта во всех вариантах составлял 8800 кг, включая 500 кг боевой нагрузки в вариантах разведчика и перехватчика и 2000 кг у ударного самолета. Диапазон опорных орбит составлял 130 — 150 км.
«Почему же эта программа не была завершена?» – спросил я у Титова. Он ответил так:
Первый раз «Спираль» зачахла в 1970 году. Потому что военное руководство не поняло тогда перспективы развития этой темы. Потом Артём Иванович Микоян, так сказать, вдохновитель и разработчик этой темы, умер, а вместе с ним — и тема «Спираль». Позже, когда узнали, что американцы работают над системой «Шаттл», руководство возмутилось: почему у них есть, а у нас нет?
Срочно начались работы по «Бурану». Вернулись к «Спирали». Использовали эту схему для отработки вопросов аэродинамики и термодинамики. Произвели четыре запуска на орбиту по гагаринской схеме одновиткового полета . «Спираль» показала очень хорошие характеристики. Однако в дальнейшем разработчики пошли по пути «списывания» — перерисовали схему «Шаттла» и «создали» «Буран». В конце концов, и он был загублен из-за недостатка финансирования.
США вырвались вперед
В результате реформ в России (и, в частности, в нашей армии) мы потеряли преимущества в развитии космического самолётостроения. Вперед вырвались США. В 1999 году NASA совместно с компанией Boeing начали программу создания космического самолета X-37B .
Стоимость разработки экспериментального космолёта составила 173 миллионов долларов. Космолет создан с такими характеристиками
:
— взлётный вес 4 989 кг,
— масса полезного груза 900 кг,
— время пребывания в космосе до 270 дней.
Первый тестовый полёт - испытание путём сбрасывания, был совершён 7 апреля 2006 года. А 22 апреля 2010 года X-37B ушел в первый боевой полет. Боевой — в данном случае не метафора. Некоторые эксперты высказывают предположение, что за 225 суток, проведенные в космосе, космолет провел реальные пуски боевого оружия. Именно в это время был сбит российский военный спутник, что официально объяснили возможным попаданием в него метеорита.
С X-37B даже связывают предполагаемое испытание над Россией нового климатического оружия – небывалая жара и засуха лета 2010 года . До сих пор руководство ВВС США не публикует никаких подробностей о целях и задачах полета X-37B. Принимая во внимание достаточный объем грузового отсека космического аппарата, можно предположить, что X-37B способен нести любую разведывательную аппаратуру и, безусловно, некоторые системы вооружения.
Наблюдения, сделанные с помощью оптической аппаратуры, подтверждают высокую маневренность аппарата : за все время его нахождения на орбите было произведено четыре резких изменения траектории движении. Таким образом, аппарат может использоваться для перехвата и захвата вражеских спутников. Несмотря на столь явную боевую ориентацию аппарата X-37B, американские военные продолжают настаивать на том, что он является всего лишь летающей в космосе лабораторией.
3 декабря 2010 года Х-37В вернулся на Землю после семи месяцев полета. Посадка в автоматическом режиме была осуществлена на взлетно-посадочную полосу базы ВВС США Ванденберг, расположенную северо-западнее Лос-Анджелеса (штат Калифорния). В ходе пребывания на орбите X-37B получил семь повреждений обшивки, по официальной версии, в результате столкновения с космическим мусором.
4 марта 2011 года космолёт США вновь отправился на боевую службу в космос . Программа полёта и стоимость проекта опять засекречены. В печати зато появилось сообщение о том, что ВВС США дали компании Boeing заказ на изготовление второго образца X-37B, который будет готов в 2011 году и, вероятно, тут же полетит на орбиту.
Российский ответ
Что может противопоставить Россия, если не считать словесных «страшилок» командующего космическими войсками и главкома ВВС РФ?
Недавно в прессе появилось сообщение о том, что в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) состоялись исследования аэрокосмического комплекса, предназначенного для межконтинентальных перелётов со скоростью, близкой к первой космической – около 20 тысяч км/ч. Как сообщает пресс-служба ЦАГИ, система состоит из дозвукового самолета-носителя и воздушно-космического самолета (ВКС) с жидкостным ракетным двигателем.
При дальности 16-17 тысяч км время полёта воздушно-космического самолёта проходит в три стадии
:
— активное выведение на орбиту
— космический полёт с околоорбитальной скоростью
— планирование в атмосфере.
Причём этот перелёт не займет больше чем 50 минут.
В качестве самолёта-носителя могут использоваться Ил-76МФ и Ил-96-400Т . Именно транспортный самолёт должен поднять основной разгоняемый модуль на большую высоту. После этого воздушно-космический самолёт самостоятельно выберется на орбиту, наберет скорость до 20 тысяч километров в час, а потом спланирует в атмосфере к нужной цели.
Ранее ЦАГИ провёл системный анализ различных вариантов многоразовой ракетно-космической системы (МРКС 1).
Высота полёта 90 километров, скорость 20 тысяч километров в час, дальность полёта 16-17 тысяч км – таковы рабочие параметры разрабатываемого в ЦАГИ авиационного монстра .
МРКС-1 представляет собой частично многоразовую ракету-носитель вертикального старта на основе крылатой многоразовой первой ступени, выполненной по самолетной схеме и возвращаемой в район старта для горизонтальной посадки на аэродром 1-го класса, и на основе одноразовых вторых ступеней и разгонных блоков. Крылатый многоразовый блок первой ступени оснащается маршевыми жидкостными ракетными двигателями многоразового использования.
Зарубежные аналитики высоко оценивают возможности российского ВПК в этом отношении: технических причин, которые не позволяли бы России вслед за Америкой создать беспилотный орбитальный самолет, не существует.
«Основным российским технологиям, необходимым для этого, уже полстолетия
, — считает американский эксперт по космосу Джим Оберг. — Русские экспериментировали с крылатыми космическими кораблями с 1960-х годов и даже вывели прототип на орбиту, но сегодня они ослаблены реформами. Поэтому всё зависит от политической воли руководства страны и вооруженными силами
».
А эта проблема, пожалуй, посложней технической, но будем надеяться, что и она преодолима.
/Сергей Турченко, svpressa.ru и buran.ru /
