Оценивать программу создания ракетно-космического комплекса многократного применения «Энергия-Буран» можно по-разному. Одни считают, что комплекс появился слишком рано, а потому промышленность и экономика нашей страны оказались не готовы к поддержанию и дальнейшему развитию этой программы. Другие, наоборот, полагают, что комплекс опоздал - задачи, которые он был призван решать, утратили актуальность. Так или иначе, но он явно пришелся не ко времени и разделил судьбу множества других проектов, отложенных «под сукно» или в «долгий ящик».
Однако сама тема многоразовых аэро-космических систем осталась на повестке дня. Конструкторская мысль не стоит на месте, и, возможно, кому-то другому когда-нибудь удастся сделать то, чего не удалось сделать создателям «Бурана».
Легкий космический самолет Челомея
В главе 9 я уже рассказывал, что с начала 60-х годов в ОКБ-52 Владимира Челомея разрабатывались проекты орбитальных ракетопланов «МП-1», «М-12», «Р-1» и «Р-2». Выявлялась область применения таких аппаратов. Анализ показал, что наибольшие перспективы имеют чисто крылатые ракетопланы, позволяющие осуществлять маневрирование в широком диапазоне скоростей и направлений.
После известных событий 1964 года, когда в ОКБ-52 нагрянула проверочная комиссия, о перспективных проектах пришлось забыть.
Вновь о ракетопланах в ОКБ-52 (ЦКБМ) заговорили в 1975 году. Тогда же были возобновлены проектные работы над крылатыми космическими аппаратами. В частности, в 1979 году были представлены аванпроект и натурный макет легкого космического самолета многоразового использования «ЛКС» длиной 19 метров и массой 20 тонн. В качестве носителя планировалось использовать ракету «УР500К» («Протон-К»).
Бюро Челомея также предлагало проекты «ЛКС», имеющих в своем составе, кроме многоразового самолета, одноразовый грузовой отсек для доставки тяжелого груза на орбиту.
Возвращение части груза предполагалось осуществлять во внутреннем отсеке самолета.
Несмотря на то что за рубежом уже велись аналогичные работы, проект показался руководству отрасли слишком смелым и не нашел поддержки. В 1981 году разработка «ЛКС» была прекращена.
Проект «ОК-М»
На основе научно-технического опыта по созданию орбитального корабля «Буран» в НПО «Энергия» по указанию главного конструктора Юрия Семенова и под руководством Павла Цыбина в период с 1984 по 1993 год были развернуты проектно-конструкторские работы по совершенствованию ракетно-космических комплексов.
Приоритет отдавался решению задач транспортно-технического обслуживания и повышения эксплуатационной эффективности орбитальных станций типа «Мир», замены серии одноразовых кораблей типа «Союз» и «Прогресс» и применения средств выведения как с вертикальным, так и с горизонтальным стартом. Результатом этих разработок стало появление проектов многоразовых кораблей малой размерности «ОК-М»: «ОК-М», «ОК-М1» и «ОК-М2» с начальными массами от 15 до 32 тонн.
Аэродинамическая схема пилотируемого многоразового корабля «ОК-М» (начальная масса 15 тонн) аналогична аэродинамической схеме корабля «Буран». Его основные конструктивные элементы: цельный неразрезной фюзеляж, включающий кабину экипажа и грузовой отсек пенального типа, крыло двойной стреловидности, снабженное элевонами; вертикальный стабилизатор с рулем направления; носовое и основное колесное шасси. Внешняя поверхность корабля «ОК-М» покрыта плиточным теплозащитным покрытием на основе материалов, разработанных для «Бурана». Носовой «кок» выполнен открывающимся, из материала углерод-углерод; под ним в носовой части фюзеляжа размещен стыковочный агрегат андрогинного типа. Двигательная установка, состоящая из 36 ЖРД на высококипящих компонентах и вытеснительной системы подачи топлива, размещается в двух мотогондолах хвостовой части фюзеляжа и в носовом «коке». Система управления корабля «ОК-М» реализовывалась на основе бортового вычислительного комплекса, применяемого на корабле «Союз ТМ».
Электропотребление корабля составляло в среднем 2,5 кВт и обеспечивалось системой электроснабжения, состоящей из 16 аккумуляторных батарей. Предусматривалась возможность использования солнечных батарей площадью до 25 м?.
Габариты «ОК-М»: длина - 15 метров, высота - 5,6 метра, размах крыла - 10 метров, объем отсека полезного груза - 20 м?, масса - 15 тонн, масса полезного груза - до 3,5 тонны, посадочная масса - 10,2 тонны.
Экипаж «ОК-М» - 2 человека, количество пассажиров, доставляемых на орбиту в специальном модуле, - 4 человека.
Носителем «ОК-М» должна была стать двухступенчатая ракета «Зенит» конструкции НПО «Энергия». Силовая связь корабля с ракетой-носителем осуществлялась через переходный отсек, выполненный по типу «монокок», на котором с помощью сбрасываемых пилонов размещались четыре твердотопливных ускорителя. Блок ускорителей (средняя тяга каждого составляла 25 тонн) позволял увеличить мощность ракеты в штатном полете и обеспечивал экстренное отделение и управляемый увод «ОК-М» при аварии.
Многоразовые орбитальные корабли «ОК-М1» и «ОК-М2» рассчитывались на начальную массу в 32 тонны. Планеры этих кораблей выполнены по схеме «летающее крыло» со складными консолями двойной стреловидности в плане, которые крепятся к средней части фюзеляжа. С учетом увеличенных габаритов кораблей была повышена тяга орбитальных двигательных установок, работающих на компонентах: жидкий кислород + керосин («ОК-М1») и жидкий кислород + этанол («ОК-М2»), до 60 кВт увеличена мощность системы электроснабжения.
Габариты «ОК-М1»: длина - 19,08 метра, высота - 6,98 метра, размах крыла - 12,5 метра, объем отсека полезного груза - 40 м?, масса - 31,8 тонны, масса полезного груза - до 7,2 тонны, посадочная масса - 22,4 тонны.
Экипаж «ОК-М1» - 4 человека, количество пассажиров, доставляемых на орбиту в специальном модуле, - 4 человека.
Габариты «ОК-М2»: длина - 18,265 метра, высота - 7,050 метра, размах крыла - 12,5 метра, объем отсека полезного груза - 40 м?, масса - 30 тонн, масса полезного груза - до 10 тонн, посадочная масса -17,6 тонны.
Экипаж «ОК-М2» - 4 человека, количество пассажиров, доставляемых на орбиту в специальном модуле, - 4 человека.
Существенным отличием корабля «ОК-М1» являлась его ориентация на параллельное силовое сопряжение с ракетно-космическим комплексом и размещение в хвостовой части корабля двух маршевых трехкомпонентных ЖРД с высотными сопловыми насадками.
Как возможные средства выведения кораблей «ОК-М1» и «ОК-М2» рассматривались одноразовые ракеты-носители «Зенит», «Энергия-М» и многоразовая крылатая разгонная ступень вертикального старта на базе корабля «Буран». Параллельно оценивалась возможность использования транспортного самолета-носителя (типа «Руслан» или «Мрия») в качестве 1-й ступени авиационно-космической системы при организации так называемого «воздушного старта» 2-й ступени (разгонной ракеты).
Сравнительный анализ показал, что на данном этапе гораздо большую надежность и безопасность полета могут обеспечить только ракеты-носители. Поэтому конструкторы «ОК-М1» и «ОК-М2» остановили свой выбор на ракетно-космических комплексах, создаваемых на базе многоразовой космической системы «Энергия-Буран».
Так, «ОК-М1» введен в состав многоразового многоцелевого космического комплекса (ММКК), являющегося составной частью многоразовой многоцелевой космической системы, а «ОК-М2» - в состав комплекса РН «Энергия-М».
ММКК состоял из разгонного возвращаемого корабля, подвесного топливного отсека и многоразового орбитального корабля «ОК-М1». Беспилотный разгонный корабль использовался в качестве 1-й ступени, разрабатываемой на основе конструкции планера с максимальным использованием элементов и систем корабля «Буран». Внутри корпуса разгонного корабля устанавливались топливные баки, пневмо-гидравлические средства подачи компонентов топлива и четыре двухрежимных трехкомпонентных ЖРД с необходимым вспомогательным оборудованием, работающих на жидком кислороде, жидком водороде и углеводородном горючем.
При этом в составе разгонного корабля были предусмотрены запасы только жидкого кислорода и углеводородного горючего, жидкий водород размещался в подвесном топливном отсеке.
Для обеспечения полета по трассе возвращения разгонный корабль оснащался двумя воздушно-реактивными двигателями, расположенными по обе стороны в средней части фюзеляжа. Подвесной топливный бак представлял собой силовую конструкцию с несущими топливными баками диаметром 5,5 метра с продольной (последовательной) компоновкой баковых емкостей окислителя и горючего.
Многоразовый корабль «ОК-М1» крепился к подвесному топливному баку с помощью трех разрывных силовых узлов по параллельной схеме, выполняя функции 2-й ступени и используя в качестве маршевой двигательной установки два трехкомпонентных ЖРД.
Для спасения в экстремальных ситуациях корабля «ОК-М1» с экипажем и разгонного корабля или только экипажа в составе ММКС были предусмотрены специальные технические средства (катапультные кресла, средства аварийной защиты двигателей, спасательные скафандры, средства экстренного отделения орбитального корабля, средства предупреждения) и разработаны специальные режимы функционирования составных частей.
В ракетно-космическом комплексе «ОК-М2-Энергия-М» силовая связь корабля «ОК-М2» осуществлялась с ракетным блоком 2-й ступени ракеты-носителя «Энергия-М» и в конструктивном плане была подобна привязке корабля «ОК-М» к ракете «Зенит».
Проект «МАКС»
В 1982 году, задолго до первого и последнего полета системы «Энергия-Буран», Генеральный конструктор НПО «Молния» Глеб Лозино-Лозинский, оценив перспективы создания авиационно-космических систем и обобщив свой опыт работы над космопланом «Спираль», предложил новый проект, получивший название «МАКС», то есть «Многоразовая авиационно-космическая система».
В 1988 году большой кооперацией (около 70 предприятий авиационной и космической промышленности) был разработан эскизный проект системы «МАКС» в 220 томах.
В подтверждение проектных технических характеристик выполнен большой объем исследовательских работ по аэродинамике, газодинамике, прочности элементов конструкции и другим направлениям.
Система «МАКС» состоит из дозвукового самолета-носителя и установленной на нем орбитальной ступени с внешним топливным баком. В качестве первой ступени «МАКС» планируется использовать тяжелый самолет «Ан-225» («Мрия») или (в перспективе) сверхмощный двухфюзеляжный самолет «Геракл».
Самолет «Мрия» чрезвычайно удобен тем, что он уже неоднократно испытывался как транспортная платформа при дальних перевозках орбитального корабля «Буран». При максимальной взлетной массе в 600 тонн «Ан-225» может поднимать полезный груз до 250 тонн, развивая при этом скорость 850 км/ч на высоте от 9000 до 11 000 километров.
По вариантам второй ступени система «МАКС» имеет три модификации: «МАКС-ОС», «МАКС-Т» и «МАКС-М».
Вторая ступень «МАКС-ОС» состоит из орбитального самолета многоразового использования и одноразового топливного бака.
Габариты орбитального самолета «МАКС-ОС»: длина - 19,3 метра, размах крыла - 13,3 метра, высота - 8,6 метра, масса - 27 тонн.
При этом стартовая масса всей системы составляет 620 тонн, 2-й ступени - 275 тонн, а полезной нагрузки, выводимой на орбиту до 400 километров, - 5,8–6,6 тонны.
Маршевая двигательная установка включает в себя два двигателя «РД-701», работающих на трехкомпонентном топливе (жидкий водород, керосин и жидкий кислород). Базовый пилотируемый вариант самолета «МАКС-ОС» имеет кабину для двух членов экипажа.
Разработаны варианты самолета «МАКС-ОС» для транспортно-технического обеспечения орбитальных станций. Вариант «ТТО-1» оборудован стыковочным модулем и второй герметичной кабиной на четырех человек. Вариант «ТТО-2» предназначен для доставки в негерметичном отсеке оборудования, устанавливаемого на наружной стороне орбитальных станций.
Для выведения на орбиту тяжелых (до 18 тонн) полезных нагрузок предназначена модификация «МАКС-Т», имеющая вторую беспилотную ступень одноразового применения.
В ней используется тот же внешний топливный бак, что и на «МАКС-ОС», только вместо орбитального самолета установлен закрытый обтекателем полезный груз с маршевым двигателем.
Вторая ступень «МАКС-М» представляет собой многоразовый беспилотный орбитальный самолет. Топливные баки «МАКС-М» включены в конструкцию самолета.
«МАКС-ОС», «МАКС-Т» и «МАКС-М» должны по мере создания вводиться в совместную эксплуатацию на основе единых самолета-носителя и наземной инфраструктуры. Многоразовое применение их составных элементов и высокая степень унификации орбитальных ступеней обеспечат достижение основной цели разработчиков - многократного, по сравнению с существующими системами, снижения стоимости транспортных космических операций. Система «МАКС» позволит снизить стоимость выводимых в космос грузов до 1000 долларов за килограмм (против 12 000-15 000 долларов за килограмм у одноразовых систем).
Система базируется на обычных аэродромах 1-го класса, дооборудованных необходимыми для «МАКС» средствами заправки компонентами топлива, наземного технического и посадочного комплекса, и в основном вписывается в существующие средства наземного комплекса управления космическими системами.
В настоящий момент изготавливаются натурные макеты орбитального самолета и внешнего топливного бака. Разработка конструкторской документации по этим двум элементам практически завершена.
Для снижения технического риска создания полномасштабной системы «МАКС» и для равномерного распределения во времени финансовых затрат признана необходимой oпeрежающая разработка сравнительно недорогой экспериментальной системы-демонстратора технологий.
Исследования по первому варианту демонстратора «РАДЕМ» («RADEM») проводились в 1993–1994 годах НПО «Молния» совместно с фирмами «Бритиш Аэроспейс», АНТК Антонов и ЦАГИ по заказу Европейского космического агентства Современный вариант суборбитального демонстратора «МАКС-Д» также разработан с использованием задела по «РАДЕМ» и на базе конструкции и аэродинамической компоновки «МАКС-ОС». Взлетная масса экспериментального самолета - 62,3 тонны, посадочная - 12,8 тонны. В отличие от «РАДЕМ» в суборбитальном самолете «МАКС-Д» маршевая двигательная установка состоит лишь из одного кислородно-керосинового двигателя, что не только упрощает проект, но и, при заданных объемах баков, повышает энергетические возможности демонстратора При помощи демонстратора будут отработаны технологии и элементы системы выведения «МАКС» и исследованы в реальных условиях предстартовый маневр носителя, разделение ступеней, начальный участок выведения и автоматическая посадка орбитальной ступени. Помимо этого он может быть использован как летающая лаборатория для испытания перспективных воздушно-реактивных двигателей.
В проекте участвует и Летно-исследовательский институт имени Громова. Так, для системы «МАКС» там планируется создать и испытать самолет-лабораторию на базе истребителя «Су-27».
К настоящему времени на разработку системы «МАКС» израсходовано около 1,5 миллиарда долларов. Для того чтобы получить первый летающий образец, требуется еще около 1,8 миллиарда.
На состоявшемся в ноябре 1994 года в Брюсселе Всемирном салоне изобретений, научных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика-94» программа «МАКС» получила золотую медаль и специальный приз премьер-министра Бельгии.
Космопланы «МиГ-2000» и «МиГ-АКС»
Современные исследования тенденций развития и возможностей создания отечественных многоразовых средств космического выведения проводятся в соответствии с Государственной космической программой в рамках научно-исследовательской и экспериментальной работы «Орел», выполняемой по заказу Российского космического агентства.
С 1993 по 1996 год работы по теме «Орел» велись в ЦНИ И машиностроения, ЦАГИ имени Жуковского, Исследовательском центре имени Келдыша и в других организациях.
Проведенные в ЦНИИ Машиностроения параметрические расчеты и сравнительный анализ многоразовых одно- и двухступенчатого носителей с различными двигателями показали, что при снижении сухой массы летательного аппарата примерно на 30 % по сравнению с системой «Спейс Шаттл» или «Энергия-Буран» одноступенчатый носитель грузоподъемностью от 10 до 20 тонн должен иметь преимущества перед двухступенчатыми той же массы как по затратам на разработку, так и по удельной стоимости выведения.
Среди выдвинутых проектов воздушно-космических самолетов в особую группу можно выделить аппараты, разрабатываемые в авиационном конструкторском бюро имени Микояна - «МиГ-2000» и «МиГ-АКС».
«МиГ-2000» - одноступенчатый воздушно-космический самолет (длина фюзеляжа - 54,1 метра, базовый диаметр - 19,7 метра) со взлетным весом 300 тонн, способный выводить полезную нагрузку до 9 тонн на орбиту высотой 200 километров с наклонением 51°. После разгона ускорителем на ЖРД до 0,8 Махов, прямоточный воздушно-реактивный двигатель с дозвуковым горением обеспечивал дальнейший разгон до 5 Махов. В качестве ракетного топлива должен был использоваться переохлажденный водород и жидкий кислород. При возращении был возможен боковой маневр до 3000 километров.
«МиГ-АКС» - двухступенчатый воздушно-космический самолет, создаваемый на основе оригинальной концепции электромагнитной левитации «ЭТОЛ».
Эта концепция была впервые выдвинута специалистами КБ имени Микояна и ЦАГИ на Международном авиакосмическом салоне «МАКС"99». Летательные аппараты, базирующиеся на концепции электромагнитной левитации, должны садиться и взлетать с электромагнитной ВПП, позволяющей ускорить разгон при взлете и обеспечить торможение при посадке с помощью известного принципа взаимодействия движущегося тела с магнитным полем. Идея была уже испытана в лаборатории на алюминиевых макетах «электромагнитного беспилотного моноплана» массой от 2 до 10 килограммов, который разгоняли и тормозили с помощью методики «ЭТОЛ» на полосе длиной 5 метров.
Разгонная взлетно-посадочная полоса длиной 4 километра, проектируемая под «МиГ-АКС», формируется из 40 компонентов мощностью 1010 Дж, которые позволят за 1015 секунд осуществить взлет самолета массой от 200 до 700 тонн. При этом ускорение составит от 2 до 30 g, а скорость - 300–500 м/с. Не исключается возможность разгона до 100 м/с аппарата без шасси массой от 50 до 150 тонн.
Дальнейший разгон аппарата и выведение его на орбиту осуществляется комбинированной двигательной установкой на основе турбопрямоточных и жидкостных ракетных двигателей.
Стартовая масса «МиГ-АКС» составляет 420 тонн, максимальная полезная нагрузка, выводимая на орбиту высотой 400 километров, - до 7 тонн, возвращаемый с орбиты груз - до 7 тонн.
Та же методика электромагнитных запусков предложена и для многоцелевого беспилотного самолета (противолавинные и противоградовые меры, геологоразведка, наблюдение за экологией и состоянием лесов), а также для самолета для спасения на море массой от 15 до 40 тонн, который будет взлетать (и совершать посадку туда же) с палубы авианосца, имеющего электромагнитную ВПП длиной от 150 до 200 метров.
Воздушно-космический самолет НПО «Энергия»
В ответ на разработку в США трансатмосферного бомбардировщика «Икс-30» («Х-30», «NASP») вышли постановления Правительства СССР от 27 января и 19 июля 1986 года о создании советского эквивалента. 1 сентября 1986 года Министерство обороны выпустило техническое задание на одноступенчатый многоразовый воздушно-космический самолет (МВКС). МВКС должен был обеспечить эффективную и экономичную доставку грузов военного назначения на околоземную орбиту. На конкурс были представлены проекты ОКБ Туполева («Ту-2000»), ОКБ Яковлева («МВКС») и НПО «Энергия» («ВКС»).
Воздушно-космический самолет «ВКС», разработанный под руководством Павла Цыбина, представлял собой гиперзвуковой ракетоплан с комбинированной многорежимной двигательной установкой на основе турбопрямоточного воздушно-реактивного двигателя и линейного ЖРД. Начальная масса «ВКС» не превышала 700 тонн (масса конструкции составляла 140 тонн), масса полезного груза - не менее 25 тонн при выведении на опорную орбиту высотой 200 километров и наклонением 51°.
Габариты «ВКС»: длина - 71 метр, размах крыла - 42 метра, высота - 10 метров.
«ВКС» конструкции НПО «Энергия» предназначался для оперативного экономически эффективного выведения полезных нагрузок на низкие орбиты, технического обслуживания орбитальных группировок, трансконтинентальных транспортировок, а также для решения оборонных задач в космосе и из космоса.
Этот проект остался невостребованным, поскольку предпочтение было отдано конкурсной разработке «Ту-2000».
Космический бомбардировщик «Ту-2000»
Практически все работы, связанные с авиационно-космической тематикой, в ОКБ-156 Андрея Туполева были свернуты в начале 60-х годов. Вновь к этой тематике бюро вернулось в 70-е годы, когда в СССР были начаты перспективные работы над авиационными воздушно-космическими системами.
С 1968 по 1971 год в проработке у ОКБ Туполева находилось несколько технических предложений по воздушно-космическим самолетам с горизонтальным стартом и посадкой.
Взлетная масса летательных аппаратов согласно проектам достигала 300 тонн. В качестве силовой установки предлагалось использовать ЖРД на тепловыделяющих элементах с использованием ядерной силовой установки, в качестве рабочего тела - водород. Рассматривались варианты многоэтапного вывода полезных нагрузок на воздушно-космических системах, находящихся на орбите вокруг Земли, на межпланетные орбиты с использованием ионных и плазменных маршевых двигателей.
Однако в тот период основное внимание ОКБ было сосредоточено на теме многорежимных боевых самолетов. На развертывание крупномасштабных и дорогостоящих исследовательских работ по одноступенчатым воздушно-космическим системам не было ни средств, ни свободных людских ресурсов. Кроме того, до первых полетов по американской программе «Спейс Шаттл» военные не проявляли особого интереса к проектам отечественных воздушно-космических аппаратов, делая ставку на ракетные системы. Поэтому все эти оригинальные предложения ОКБ-156 не вышли из стадии эмбрионального состояния.
С появлением на Западе проектов одноступенчатых воздушно-космических систем работы по данной тематике оживились и в Советском Союзе. К середине 80-х годов совместно с ЦАГИ, ОКБ Николая Кузнецова, с другими предприятиями и организациями отечественного военно-промышленного комплекса ОКБ-156 подготовило ряд конкретных технических предложений по созданию авиационно-космической системы на базе одноступенчатого орбитального самолета с маршевой и корректирующей силовыми установками на основе ЖРД, с наземным или воздушным стартом с тяжелых самолетов-носителей.
Следующим этапом в создании одноступенчатого воздушно-космического самолета в ОКБ Туполева стало начало проектирования летательного аппарата с маршевой силовой установкой, построенной на комбинации двигателей принципиально различного типа: ТРД + ПВРД + ЖРД.
За эти годы по теме одноступенчатого орбитального воздушно-космического самолета ОКБ подготовило несколько проектов, отличавшихся различными техническими решениями в части компоновки летательного аппарата и его силовой установки. Одним из последних стал проект, получивший обозначение самолет «2000» или «Ту-2000», с комбинированной силовой установкой.
Исследования, проведенные в ОКБ Туполева, дали основание утверждать, что одноступенчатый воздушно-космический самолет способен стать реальностью, если решить, в частности, проблемы существенного повышения экономичности силовой установки и значительно поднять относительный запас топлива на взлете летательного аппарата.
По мнению конструкторов бюро, существенно повысить экономичность силовой установки можно, используя в качестве окислителя кислород воздуха, то есть применяя воздушно-реактивные двигатели. Единственным типом ВРД, который можно использовать при гиперзвуковых скоростях полета, является прямоточный воздушно-реактивный двигатель.
Использование в качестве окислителя атмосферного воздуха позволяет уменьшить секундный расход топлива, однако существенное снижение общей массы самолета может быть достигнуто только при условии работы ПВРД в широком диапазоне чисел Маха полета (широко-диапазонный ПВРД - ШПВРД). Это дает существенную разность между уменьшением массы топлива и увеличением массы конструкции, связанным с использованием ПВРД, и обеспечивает выигрыш в относительной массе полезной нагрузки.
Другим определяющим условием реализации одноступенчатого воздушно-космического самолета является использование в качестве топлива жидкого водорода. Это позволяет создать более легкие и компактные двигатели с требуемым удельным расходом топлива. Кроме того, использование хладоресурса жидкого водорода дает возможность спроектировать достаточно легкую охлаждаемую конструкцию планера и воздухозаборника, а также обеспечивать необходимые температурные режимы бортовых систем и оборудования.
Из условий применения на воздушно-космическом самолете основной разгонной силовой установки на базе ПВРД для него наиболее рационально применение комбинированной силовой установки, включающей экономичные ТРД, работающие в диапазоне скоростей, соответствующих диапазону от 0 до 2,5 Маха, ПВРД (ШПВРД), обеспечивающих разгон до 20–25 Махов, и ЖРД для доразгона до орбитальной скорости и маневрирования на орбите.
Для того чтобы одноступенчатый воздушно-космический самолет был конкурентоспособен в сравнении с другими транспортными средствами, при его проектировании необходимо обеспечить выполнение ряда требований к летным характеристикам. Он должен обладать способностью совершать взлеты и посадки со стандартных взлетно-посадочных полос длиною до 3000 метров, совершать полеты с разворотом на дозвуковой скорости после взлета для выхода в заданную точку начала разгона и перед посадкой для захода на заданный аэродром, осуществлять перелеты для изменения аэродрома базирования, быстро выполнять разгон до заданной скорости и высоты, включая выход на круговую орбиту, выполнять неоднократные орбитальные маневры, выполнять автономный орбитальный полет продолжительностью до суток, выполнять крейсерский полет в атмосфере с гиперзвуковыми скоростями, выполнять торможение со снижением при возвращении с орбиты, в процессе разгона до орбитальных параметров и в процессе снижения выполнять маневрирование для прохода заданной трассы и выхода на заданную орбиту и заданный аэродром, изменять плоскость орбитального полета.
Принципиальная новизна разрабатываемого летатель ного аппарата, отсутствие проверенных технических реше ний по ряду направлений, а также необходимого набора конструкционных материалов и полуфабрикатов обуславливают необходимость поэтапной разработки и испытаний экспериментального воздушно-космического самолета. Поэтому вся программа по созданию экспериментального «Ту-2000» была разбита на два этапа: создание экспериментального гиперзвукового самолета «Ту-2000А» с максимальной скоростью полета до 5–6 Махов и создание экспериментального «ВКС» - прототипа одноступенчатого многоразового воздушно-космического самолета, обеспечивающего проведение летного эксперимента во всей области полетов, вплоть до выхода в космос.
Для воздушно-космического самолета «Ту-2000» была принята аэродинамическая схема «бесхвостка». Все элементы самолета конструктивно интегрированы вокруг силовой установки, состоящей из четырех ТРД, находящихся в хвостовой части, основного разгонного ШПВРД, расположенного под фюзеляжем в задней его части, и двух ЖРД для маневрирования в космическом пространстве, установленных между ТРД.
Самолет имеет треугольное крыло относительно небольшой площади и малого удлинения, большую роль в создании подъемной силы берет на себя фюзеляж с плоской нижней поверхностью.
Органы управления традиционные для данной схемы летательного аппарата элевоны на крыле и руль поворота на киле.
Основной двигатель - ШПВРД включает в себя воздухозаборник внешне-внутреннего сжатия, регулируемые камеры сгорания с косым срезом и многоканальную систему подачи топлива. Основной разгонный режим выполняется на ШПВРД. Воздушные каналы ТРД после достижения скорости 2–2,5 Маха и начала работы ШПВРД закрываются заслонками, которые в открытом состоянии образуют входное устройство воздухозаборника ТРД.
Фюзеляж самолета большого размера в основном занят топливными баками с жидким водородом.
В носовой части фюзеляжа расположена кабина экипажа на двух членов экипажа. Система автоматического спасения экипажа обеспечивает спасение от земли до максимальных высот. Носовая часть вместе с кабиной отделяемая и прорабатывалась в двух вариантах: с отделяемой и спасаемой на парашюте кабиной экипажа и катапультируемыми креслами самолетного типа.
На экспериментальном «Ту-2000А» будут использоваться катапультируемые кресла с предварительным отделением носовой части и кабины экипажа.
За кабиной экипажа находится технический отсек радиоэлектронного оборудования, в этот же отсек убирается передняя стойка шасси. Средняя и задняя части фюзеляжа заняты топливным баком с жидким водородом. Для питания ЖРД окислителем в хвостовой части фюзеляжа установлен кислородный бак. Все двигатели в качестве горючего используют жидкий водород из единой топливной системы.
Шасси «Ту-2000А» нормальной трехточечной схемы с носовым колесом: передняя стойка со спаренными колесами малого диметра с высоким давлением в пневматиках колес, основные стойки - одноколесные, убираются в фюзеляж в отсеки в районе крыла.
Габариты «Ту-2000А»: длина - 60 метров, размах крыла - 14 метров, стреловидность крыла по передней кромке - 70, масса пустого - 40 тонн, взлетная масса - от 70 до 90 тонн.
Экспериментальный «ВКС» второго этапа должен иметь взлетную массу до 210–280 тонн. Подобный аппарат сможет доставлять на околоземную орбиту 200–400 километров полезный груз от 6 до 10 тонн. Компоновочно он будет повторять экспериментальный «Ту-2000А», но на нем планируется устанавливать более мощный ШПВРД, число ТРД увеличить до шести.
На втором этапе, помимо многоразового воздушно-космического самолета, намечалось создать варианты космического бомбардировщика «Ту-2000Б» и пассажирского гиперзвукового самолета.
«Ту-2000Б» проектировался как двухместный бомбардировщик с дальностью 10 000 километров и взлетным весом 350 тонн. Шесть двигателей с питанием на жидком водороде должны были обеспечить скорость в 6 Махов на высоте 30 километров.
До приостановки работ в 1992 году для «Ту-2000А» были изготовлены: кессон крыла из никелевого сплав, элементы фюзеляжа, криогенные топливные баки и композитные топливопроводы.
По утверждению специалистов, на сегодняшнем этапе весь объем научно-исследовательских и конструкторских работ по проекту можно выполнить за 13–15 лет с начала необходимого финансирования. Стоимость постройки одного «Ту-2000» (при затратах на опытно-конструкторские работы в 5,29 миллиарда долларов) составит около 480 миллионов долларов. Предполагаемая цена запуска - 13,6 миллиона долларов (при периодичности - 20 пусков в год).
Концепция «АЯКС»
В 1991 году мир узнал о новом прорывном проекте российских ученых.
Используя перспективные военные технологии, руководитель СКБ «Нева» ленинградского концерна «Ленинец» (ныне - Санкт-Петербургское Научно-исследовательское предприятие гиперзвуковых систем «Ленинец») Владимир Фрайштадт предложил оригинальную концепцию одноступенчатого аэро-космического самолета, получившую название «Аякс».
Согласно концепции «Аякс», гиперзвуковой летательный аппарат является открытой неизолированной аэротермодинамической системой, в которой на всех этапах атмосферного полета часть кинетической энергии обтекающего гиперзвукового воздушного потока ассимилируется бортовыми подсистемами, повышая общий ресурс аппарата и преобразуясь в химическую и электрическую энергии.
«Аякс» состоит из двух вложенных один в другой корпусов.
Между ними - специальный катализатор, куда поступает поток традиционного авиакеросина или более перспективного топлива - сжиженного метана. Когда аппарат совершает гиперзвуковой полет в атмосфере, то под влиянием высоких температур происходит термохимическое разложение углеводородного топлива. Процесс забирает большое количество энергии и охлаждает реактор. В результате термохимического разложения топлива выделяется свободный водород.
В смеси с тем же топливом он образует очень эффективное горючее для самолета.
Кроме того, часть обтекающего аппарат воздушного потока поступает в тракт уникального по своей концепции магнитоплазмохимического прямоточного воздушно-реактивного двигателя со сверхзвуковым горением. В этом двигателе находятся магнитогазодинамический (МГД) генератор и ускоритель. Первый создает мощное магнитное поле, в котором тормозится набегающий поток. Заторможенный и предварительно ионизированный поток воздуха поступает в камеру сгорания, куда подается обогащенное водородом топливо (керосин или метан). Истекающие продукты сгорания попадают в сопло, дополнительно разгоняются МГД-ускорителем и, расширяясь, выходят наружу. Таким образом, летящий в атмосфере аппарат сможет преобразовывать кинетическую энергию набегающего воздушного потока в широкий спектр различных видов энергии и использовать бортовой энергетический комплекс мощностью 100 МВт для самых различных задач планетарного характера.
И еще. На аппарате, созданном по концепции «Аякс», будет осуществляться управление обтеканием поверхности аппарата за счет воздействия направленного излучения бортового лазера и внешнего электромагнитного поля летательного аппарата на пограничный слой и скачки уплотнения ударных волн. Это позволит существенно снизить силу сопротивления воздушной среды.
Одноступенчатый воздушно-космический самолет «Нева»
На базе концепции «Аякс» сотрудниками Научно-исследовательского предприятия гиперзвуковых систем разработано целое семейство гиперзвуковых летательных аппаратов «Нева», предназначенных для транспортировки полезных грузов на дальние расстояния или на орбиту.
Среди них - многоцелевой гиперзвуковой самолет «Нева» для метеорологических и астрофизических исследований, геологической разведки, экологического контроля и даже для генерации озона; легкий административный аппарата «Нева»; гиперзвуковые самолеты «Нева-М1», «Нева-М6», «НеваМ7» для транспортных операций; гиперзвуковой гражданский самолет «Нева-7А» для перевозки 77 пассажиров и 4 членов экипажа со скоростью 15000 км/час.
Характеристики многоцелевого гиперзвукового самолета «Нева»: взлетная масса - 200 тонн, масса полезной нагрузки - 10 тонн, максимальная скорость - 4000 м/с, максимальная высота - 36 километров, дальность - 10 000 километров.
Характеристики гиперзвукового транспортного самолета «Нева-М1»: взлетная масса - 390 тонн, масса полезной нагрузки - 10 тонн, максимальная скорость - 4600 м/с, максимальная высота - 36 километров, дальность - 12 000 километров.
Особый интерес для нас представляет воздушно-космический самолет «Нева». Его характеристики таковы: взлетная масса - 364 тонны, масса полезной нагрузки, выводимой на орбиту (высота орбиты - до 250 километров, наклонение - произвольное), - 3 тонны, масса подвесных топливных баков - 37 тонн, максимальная скорость полета на высоте 100 километров - 7500 м/с.
Вполне естественно, что концепция «Аякс» имеет не только сторонников, но и противников. Многим отечественным специалистам представляется достаточно спорной рациональность и эффективность технического исполнения вышеперечисленных нововведений. До настоящего времени ни одно из них не получило признания. Финансовая поддержка проекта со стороны государства также отсутствует.
В результате создание гиперзвуковых летательных аппаратов типа «Нева» в обозримом будущем представляется маловероятным.
Космический корабль «Заря»
Кроме кораблей на базе «Союза» (пилотируемых «Союз Т», «Союз ТМ» и беспилотных «Прогресс» и «Прогресс-М»), конструкторы НПО «Энергия» неоднократно предлагали проекты различных аппаратов, рассчитанных на более мощные ракеты-носители, чем «семерка» Сергея Королева, но менее дорогих, чем орбитальный корабль «Буран». Одним из них был проект многоразового транспортного корабля «Заря», запускаемого на орбиту с помощью ракеты «Зенит».
Работы по многоразовому кораблю «Заря» («Изделие 14Ф70») были развернуты в соответствии с постановлением от 27 января 1985 года. 22 декабря 1986 года Военно-промышленная комиссия Совета Министров СССР приняла решение о выпуске эскизного проекта многоразового многоцелевого корабля «Заря».
Корабль предполагалось создавать в два этапа на первом этапе должен был разрабатываться базовый многоразовый пилотируемый транспортный корабль, на втором - его модификации для решения специальных задач в автономных и совместных с другими космическими аппаратами полетах в широком диапазоне высот и наклонений (до 97) орбит. Эскизный проект базового корабля был выпущен в первом квартале 1987 года и защищен на Научно-техническом совете Минобщемаша. Корабль «Заря» создавался с учетом возможностей новой ракеты-носителя «Зенит-2» и был предназначен: для доставки экипажей численностью от 2 до 8 человек и полезных грузов на долговременную орбитальную станцию типа «Мир» и возвращения их на Землю; для дежурства на станции с целью обеспечения возвращения ее экипажа на Землю в нужный момент (допустимая длительность полета корабля - не менее 195 суток, в последующем - до 270 суток); для доставки и возвращения грузов в беспилотном варианте; для проведения операций по спасению экипажей пилотируемых объектов станции типа «Мир» и орбитального корабля «Буран»; для решения отдельных задач в автономных полетах в интересах Министерства обороны и Академии наук СССР.
Габариты космического корабля «Заря»: длина - 5 метров, диаметр - 4,1 метра максимальная масса - 15 тонн.
Согласно проекту, корабль «Заря» мог выводить на опорную орбиту высотой до 190 километров и наклонением 51,6 полезный груз массой от 2,5 тонны (при экипаже из двух космонавтов) до 3 тонн (при полете без экипажа). Вместо груза в специальном модуле могли разместиться до восьми пассажиров.
При проектировании корабля был максимально использован опыт разработки, производства и эксплуатации предшествующих кораблей. Так, аэродинамическая форма возвращаемого на Землю корабля была аналогична форме спускаемого аппарата космического корабля «Союз»; часть бортовых систем, приборов и агрегатов была заимствована с космического корабля «Союз ТМ» и так далее. Вместе с тем при проектировании «Зари» были применены конструкторские решения, предполагавшие использование новых материалов и бортовых систем на базе современной вычислительной техники.
Первоначально планировалось, что все бортовые системы будут находиться внутри корабля. Однако впоследствии, из-за нехватки объема в возвращаемом аппарате, проектанты пошли на введение небольшого агрегатного отсека с двигательной установкой орбитального маневрирования и радиатором системы терморегулирования в нижней части корабля. После отработки тормозного импульса перед входом в атмосферу агрегатный отсек сбрасывался.
Для стыковки с орбитальными станциями типа «Мир» на корабле предусматривался стыковочный агрегат типа «штырь-конус» или андрогинный периферийный агрегат стыковки (с переходным люком диаметром 800 миллиметров), который на начальном участке выведения корабля закрывался сбрасываемым защитным конусом.
Возвращаемый корабль как основная часть являлся многоразовым и мог эксплуатироваться в течение 30–50 полетов.
Многоразовость достигалась как за счет применения теплозащитных материалов многократного использования (по опыту корабля «Буран»), так и новой схемы вертикальной посадки на Землю - с помощью многоразовых жидкостных ракетных двигателей для гашения вертикальной и горизонтальной скоростей посадки. Кроме функции торможения при посадке, эти ЖРД выполняли роль двигателей ориентации и причаливания в космосе. Сопла двигателей были наклонены под углом к оси корабля, с тем чтобы их струи не повредили обшивку аппарата.
Принцип посадки на ЖРД, кроме многоразовости, открывал перспективу применения возвращаемого корабля «Заря» для полетов на Луну и другие планеты. Однако использование тормозящих двигателей при посадке на Землю вызывало сомнения у ряда специалистов. Поэтому до поры до времени было решено в комплекс средств посадки включить отработанные и надежные резервные средства.
Так, на кораблях первого этапа разработки предполагалось использовать катапультные кресла для спасения космонавтов в аварийных ситуациях при посадке и на начальном участке выведения на орбиту, хотя размещение таких кресел в возвращаемом корабле ограничивало бы численность экипажа до четырех космонавтов. В составе основной системы посадки планировалось использовать 24 посадочных двигателя объединенной двигательной установки тягой 1,5 тонны каждый, работающих на компонентах перекись водорода-керосин, а для управления спуском - 16 однокомпонентных двигателей тягой 62 килограмма каждый. Бортовой комплекс управления и комплекс средств посадки должен был обеспечивать точность посадки с разбросом не более 2,5 километра и перегрузку при посадке - не более 10 g.
Работа над космическим кораблем «Заря» проводилась под личным контролем Генерального конструктора Валентина Глушко. Однако в январе 1989 года тема была закрыта в связи с недостаточностью финансирования. К этому моменту удалось только выпустить основную конструкторскую документацию.
Двухмодульный воздушно-космический корабль
Объединение научного и конструкторского задела, накопленного в ходе работ по орбитальным кораблям типа «ОК-М» и космическому корабль «Заря», позволили выдвинуть новый перспективный проект корабля многоразового использования. Он обсуждался в НПО «Энергия» в 1991 году, но, к сожалению, не получил поддержки ведущих конструкторов.
Тем не менее концепция «ВКК» (сокращение от «воздушно-космический корабль») заслуживает внимания, поскольку позволяет решить несколько серьезных проблем, связанных с проектированием и эксплуатацией многоразовых космических систем.
При разработке воздушно-космического корабля были учтены следующие требования: вместимость - от 2 до 6 человек, масса полезной нагрузки - от 2 до 3 тонн, возвращаемого груза - от 0,5 до 1 тонны, многоразовость применения основных элементов корабля, необходимость обеспечения аварийного спасения экипажа на старте и начальном участке полета.
А кроме того - возможность полета и маневра в космосе и в атмосфере, использование при необходимости грузового контейнера и другого космического аппарата, самолетная посадка на обычный аэродром. В результате проектных изысканий получился корабль «ВКК», состоящий из двух аппаратов-модулей: один - крылатый, другой выполнен по схеме несущего корпуса Модули соединены не последовательно, как у «Союза», а параллельно.
При этом самолет (пилотируемый модуль) устанавливается на несущий корпус (служебный модуль) с некоторым утоплением, крепится жестко в двух или трех точках при помощи быстроразъемных соединений - например, пироболтов.
Аналогично закреплен и защитный кожух-обтекатель.
Пилотируемый модуль используется многократно, служебный - один раз, но при этом он является сменным, что расширяет функциональные возможности корабля за счет установки той или иной его модификации. В зависимости от выполняемых задач служебный модуль имеет различное оборудование и разного объема топливные баки.
Другая особенность «ВКК» состоит в том, что технологическое соединение пилотируемого и служебного модулей происходит только после выхода корабля на орбиту на то время, пока он работает в космосе. Перед сходом «ВКК» с орбиты производится расстыковка кабелей и магистралей.
Внутренний стыковочный узел обеспечивает герметичное соединение обоих модулей для перемещения космонавтов в рабочий отсек служебного модуля. Такой подход позволяет использовать систему разделения модулей в аварийной ситуации на старте и начальном участке полета.
Как же устроены модули «ВКК»?
Пилотируемый имеет герметичную кабину для экипажа, крылья и двигательную установку, предназначенную для полета в атмосфере, в которой планируется использовать малогабаритные воздушно-реактивные двигатели. В нем установлены кресла для четырех-шести космонавтов, а сам он закрыт кожухом с иллюминаторами.
В служебном модуле размещается основное оборудование корабля. Здесь же находятся топливные баки, часть приборов, исполнительные элементы реактивной системы управления, при помощи которых «ВКК» совершает полет и ориентацию в космическом пространстве, внешний стыковочный узел.
Рабочий отсек предназначен для работы и отдыха космонавтов, выхода их в открытый космос, а также для перехода в другой космический аппарат через люки стыковочного узла.
По функциональному назначению его можно сравнить с бытовым отсеком «Союза».
Старт и выведение «ВКК» в космос осуществляются с помощью ракеты-носителя типа «Зенит» или с помощью самолета-носителя. При возникновении аварийной ситуации защитный кожух сбрасывается, и пилотируемый крылатый модуль уводится на безопасное расстояние; после этого он, используя собственную двигательную установку, совершает полет и посадку. В нормальном полете оба модуля скреплены до участка спуска на высоте 6-10 километров, когда они полностью расстыковываются. С этого момента каждый из них совершает самостоятельный полет и посадку. Крылатый модуль, имея малую массу и скорость и используя свой воздушно-реактивный двигатель, приземляется на обычный аэродром. Служебный модуль совершает торможение и спуск за счет аэродинамики несущего корпуса, а на последнем участке - на парашюте. Мягкая посадка обеспечивается амортизационными устройствами или ракетными двигателями, в зависимости от назначения служебного модуля и доставляемой на Землю полезной нагрузки.
«ВКК» может использоваться для решения самых разнообразных задач, включая и те, под которые создавались орбитальные корабли «Буран» и «Заря».
Программа «Холод»
Выше я уже упоминал, что с 1993 по 1996 год по заказу Российского космического агентства в рамках поддержанной государством научно-исследовательской и экспериментальной программы «Орел» проводились исследования тенденций развития и возможностей отечественных многоразовых средств космического выведения.
В результате было получено множество интересных предложений и проектов. Так, на основании теоретических изысканий КБ «Салют» разработало предложение по носителю с вертикальным стартом и горизонтальной посадкой, подобному американскому «Вентура Стар» («Venture Star»). КБ имени Макеева в инициативном порядке представило на суд комиссии проект легкой одноступенчатой многоразовой ракеты «Корона» с вертикальным стартом и посадкой, аналогичной американскому летательному аппарату «Дельта Клиппер» («Delta Clipper»). Однако для обоих отечественных проектов не проработано экономическое обоснование и не ясны источники финансирования.
Работа по теме «Орел» еще раз показала, что создание «реальных» экономически эффективных воздушно-космических систем возможно лишь с разработкой новых конструкционных материалов и многорежимных воздушно-реактивных двигателей. Поэтому Россия, несмотря на сегодняшние экономические трудности, осуществляет долгосрочную программу летных испытаний гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей, известную под названием «Холод».
Первый ГПВРД был испытан в составе гиперзвуковой летающей лаборатории «Холод», созданной на базе зенитной ракеты ЗРК «С-200»: к маршевой ступени ракеты вместо боевой части пристыковываются головные отсеки лаборатории «Холод», в которых размещаются бортовая емкость с жидким водородом, система управления полетом, бортовая система измерений и передачи информации, система подачи жидкого водорода в камеру сгорания с регулятором расхода и, наконец, экспериментальный ГПВРД осесимметричной конструкции, расположенный в носовой части ракеты.
В такой конфигурации проведено пять полетов лаборатории «Холод». Максимальная достигнутая скорость полета составила 1855 м/с, что соответствует 6,49 Маха. Совершенная система охлаждения жидким водородом обеспечила работоспособность ГПВРД в течение заданных 77 секунд работы при температурах газов в камере выше 3300°К.
Успешные испытания ГПВРД привлекли к себе внимание и зарубежных разработчиков перспективных авиа-космических систем. Благодаря участию специалистов Франции и США удалось профинансировать ряд важных этапов программы.
На прошедшей в апреле 1998 года в США конференции по гиперзвуковым технологиям ученые и специалисты иностранных фирм дали высокую оценку результатам, полученным в ходе работ по программе «Холод».
В рамках научно-исследовательских работ по гиперзвуковым технологиям были созданы и создаются ГПВРД с кольцевыми и плоскими соплами, с центральным телом, на базе крылатых ракет, а также с аэродинамической схемой типа «несущий корпус». Разработаны и испытаны различные гиперзвуковые лаборатории, такие как: созданные МКБ «Радуга» «Модель-1» и «Модель-2» беспилотного гиперзвукового аппарата, испытания которых проводились в 1973–1978 и 1980–1985 годах соответственно; варианты гиперзвуковой лаборатории «Радуга Д2», созданные на базе крылатой ракеты «Х-22»; проект ЛИИ имени Громова «ВЛЛ-АС»; гиперзвуковые лаборатории «ГЛЛ-8» и «ГЛЛ-9», созданные ЛИИ имени Громова совместно с ЦИАМ и запускаемые ракетой «Рокот» по баллистической траектории.
Продолжением этих разработок стала гиперзвуковая летающая лаборатория «Игла», к разработке которой подключились НПО Машиностроения, КБ Автоматики, авиационные французские фирмы и Европейское Космическое агентство.
На базе этого проекта была разработана ракетно-космическая система скорой помощи «Призыв» для терпящих бедствие в рамках системы КОСПАС-САРСАТ.
Для демонстрации гиперзвуковых технологий НПО Машиностроения в 1995 году предложило аэро-космическую систему «Демонстратор» на базе самолета-носителя «Ил76МФ», несущего на себе беспилотный самолет-разгонщик с экспериментальным блоком или с ракетным блоком со спутником.
Все эти и другие разработки направлены на создание «РАКС» - национальной российской авиационно-космической системы многоразового использования. Понятно, что ее появление - дело будущего. Однако уже сейчас находятся энтузиасты, которые предлагают построить облегченный вариант «РАКС» на основе существующих технологий. Главной задачей этого варианта будет устроение аэро-космического ралли.
Ракетоплан «АРС» («Аэро-космическое ралли»)
В 1996 году американский фонд «Икс-прайс» («X-Prize») учредил грант - 10 миллионов долларов на создание тренировочного и туристического ракетоплана, который мог бы доставить на высоту более 100 километров трех астронавтов.
В ходе полета астронавты могли бы испытать ракетный разгон, невесомость и перегрузки при спуске.
Предварительные разработки представили до четырех десятков частных фирм, научных организаций и университетов.
Включилась в конкурс и Центральная научно-исследовательская лаборатория «Астра» Московского авиационного института. В этой лаборатории занимаются разработкой вопросов выведения в околоземное пространство малых спутников (до 100–200 килограмм) посредством систем «воздушного старта». Сотрудники лаборатории сочли, что «воздушный старт» будет наиболее оптимальным способом для выведения туристского ракетоплана на орбитальную высоту.
В разработке проекта приняли участие специалисты Экспериментального машиностроительного завода имени Мясищева, ОКБ имени Микояна, ЦАГИ имени Жуковского, Института авиационной медицины и НИИ парашютостроения.
В качестве носителя выбрали истребитель «МиГ-31», который создавался для борьбы с крылатыми ракетами и сверхзвуковыми бомбардировщиками типа «Валькирия».
«МиГ-31» способен развивать скорость до 2,3 Маха, его «потолок» превышает 25 000 метров, а радиус действия составляет 1500 километров.
Выводимый на орбиту объект размещается под фюзеляжем на узле подвески. Выйдя в зону пуска, «МиГ-31» набирает скорость около 2500 км/ч, поднимается на 20 километров, выходит на кабрирование и отстреливает ракетоплан или ракету-носитель, у которых через 6 секунд включается бортовой двигатель.
Многоцелевой суборбитальный ракетоплан «АРС» (сокращение от «Аэрокосмическое ралли») разработан с учетом опыта создания орбитальных систем «Бор». Это бесхвостка с крылом малого удлинения большой переменной стреловидности с шайбами-килями на концах.
Габариты «АРС»: длина - 5,8 метра, ширина фюзеляжа - 1,015 метра, полная ширина - 3,7 метра, высота - 1,5 метра, взлетная масса - 1700 килограммов, масса топлива - 500 килограммов, масса полезной нагрузки - 350 килограммов.
В передней части герметичной кабины «АРС» находится место пилота-космонавта, за ним располагаются штурман и бортинженер либо туристы. В течении трехминутного полета экипаж «АРС» проходит все стадии космического путешествия.
После отделения от «МиГ-31» ракетоплан разгоняется собственным двигателем до скорости 1200–1300 м/с, поднимается до высоты 120–130 километров, затем входит в атмосферу, испытывая аэродинамический нагрев и перегрузки до 6 g, переходит в режим планирования и совершает посадку на аэродром по-самолетному или под крылом-парашютом.
Пилот-космонавт выбирает режимы набора высоты и захода на посадку, но полет может обеспечиваться и дистанционно летчиком самолета-носителя или наземной службой слежения и управления.
Ракетоплан может применяться для тренировки космонавтов, для исследования верхних слоев атмосферы. Кроме того, «АРС» может положить начало новой разновидности авиационного спорта. Летчики смогут соревноваться на максимальную скорость, точность выхода к цели, выполнять фигуры высшего пилотажа и так далее. Ресурс ракетоплана «АРС» - 100 запусков.
Вместо ракетоплана на «МиГ-31» можно установить малую ракету-носитель «Микрон», предназначенную для выведения на орбиты высотой 250–300 километров полезной нагрузки в 150–200 килограммов.
«Микрон» выполнен по модульной схеме в двух- или трехступенчатых вариантах. Габариты ракеты «Микрон»: длина - 7,250 метра, полная ширина - 3,7 метра, ширина без рулей - 2,4 метра, стартовая масса - 7000 килограммов, масса топлива - 5850 килограммов.
После отделения от «МиГ-31» и израсходования топлива первая ступень должна отойти от блока и по команде с носителя опуститься в расчетном месте для повторного использования.
По экономичности эта система превосходит все существующие, и, надо полагать, у нее есть перспектива к развитию.
Суборбитальный корабль «Космополис-XXI»
Еще один проект в рамках конкурса «Икс-Прайс» разрабатывается в Акционерном обществе «Суборбитальная корпорация» при участии Экспериментального машиностроительного завода имени Мясищева.
Запуск ракетного модуля «Космополис-XXI» с пассажирской капсулой осуществляется с самолета-носителя при выполнении динамического маневра «горка» на высотах от 17 до 20 километров. В качестве самолета-носителя используется высотный самолет «М-55» («Геофизика») разработки завода имени Мясищева. Его летные характеристики таковы: максимальная скорость - 2650 км/ч, практический потолок - 22 километра, максимальная дальность - 35004000 километров. Ракетный модуль «Космополис-XXI» выполнен в виде цилиндрического объекта с небольшими складными аэродинамическими поверхностями и состоит из спасаемой трехместной пассажирской капсулы, двигательного блока, отсека оборудования с системами управления, жизнеобеспечения и спасения. Ракетный модуль устанавливается на высотный самолет-носитель «Геофизика» на специальных узлах крепления, снабженных управляемыми механическими замками.
Между самолетом-носителем и ракетным модулем осуществляется электрическая связь при помощи кабеля с быстроразмыкаемым электрическим разъемом. Самолет-носитель оборудуется контрольно-записывающей аппаратурой и системой тестирования работоспособности ракетного модуля.
Пассажирская капсула выполнена в виде оживального тела вращения. Внутри капсулы размещаются три пассажирских кресла, представляющие собой анатомические ложементы, изготавливаемые по индивидуальному заказу на каждого пассажира. Для снижения посадочных перегрузок пассажирские кресла снабжены системой демпфирования.
Пассажирская капсула имеет иллюминаторы, закрываемые изнутри светофильтрами. Система жизнеобеспечения позволяет поддерживать внутри пассажирской капсулы нормальные условия для жизнедеятельности космических пассажиров без применения индивидуальных дыхательных приборов.
Для управления и контроля режимов полета капсула снабжена рычагами управления и панелью приборов. Посадка пассажиров в капсулу и эвакуация из нее осуществляются через герметичный люк.
Порядок полета выглядит следующим образом. Ракетный модуль устанавливается на самолет-носитель и фиксируется механическими замками с электрическим управлением. Система энергопитания и контроля работы бортового оборудования ракетного модуля и самолета-носителя соединяются электрическим кабелем при помощи быстроразмыкающего разъема. Пассажиры-космонавты усаживаются в пассажирской капсуле ракетного модуля. Входной люк герметизируется и проверяется герметичность в пассажирской капсуле. Самолет-носитель с установленным на нем ракетным модулем набирает заданную высоту полета и разгоняется для выполнения маневра «горка». При его выполнении самолет-носитель вместе с ракетным модулем набирает дополнительную высоту до 20 километров и угол наклона траектории достигает 40–60 к горизонту. В этот момент происходит размыкание механических замков и включается ускоритель на ракетном модуле, который обеспечивает отход ракетного модуля от самолета-носителя.
При отходе на безопасное расстояние автоматически включаются ракетные двигатели основной двигательной установки ракетного модуля. Сразу после разделения самолетноситель выполняет резкий маневр ухода со снижением в сторону от траектории ракетного модуля.
Набор высоты ракетного модуля выполняется по оптимальной траектории, постепенно переходя до вертикального положения. После отработки ракетных двигателей происходит расстыковка пассажирской капсулы и двигательного отсека. Пассажирская капсула, получившая импульс, продолжает по инерции движение вверх вплоть до точки остановки (точки наибольшего набора высоты). При снижении по бокам пассажирской капсулы происходит раскрытие небольших аэродинамических поверхностей, снабженных рулями, которые обеспечивают управляемый аэродинамических спуск. Это позволит снизить возникающие перегрузки и выполнить маневр по выбору посадочной площадки. Посадка выполняется по-самолетному на выпускаемые шасси. В качестве альтернативного варианта возможна посадка пассажирской капсулы на парашюте.
Кампания фонда «Икс-Прайс» по организации конкурса на разработку космического корабля, способного выполнять недорогие суборбитальные полеты, является многообещающим предприятием. Привлечение к конкурсу различных групп специалистов позволит на альтернативной основе выбрать рациональные технические идеи, удачные конструктивные решения и с привлечением минимальных финансовых средств решить актуальнейшую задачу. И кто знает, может уже завтра любой из нас сможет купить билет в космос…
В отличии от микояновской конструкции МиГ-2000 АНТК им.Туполева продвинулось намного дальше и в случае благоприятного стечения обстоятельств первый в мире ВКС мог появиться уже к 2000 году. Но, как известно, политические события в СССР полностью “похоронили” этот перспективный проект. История Ту-2000 началась ещё в 1970-е годы, когда ОКБ-156, частично в инициативном порядке, приступило к разработке ВКС для нужд армии со стартовой массой порядка 300 тонн. Было предложено несколько проектов, включая довольно оригинальные ...
Так, рассматривалась возможность использования ЖРД на тепловыделяющих элементах, ядерной силовой установки, а также установка плазменных или ионных двигателей. Проекты посчитали интересными, но воплощать их в жизнь не спешили - в те годы военные отдавали большее предпочтение ракетным системам. Катализатором процесса развития советских ВКС послужило появление “Space Shuttle”. После 1981 года работы в этом направлении резко активизировались и спустя три года ОКБ-156 выступило с рядом конкретных технических предложений по созданию авиационно-космической системы на базе одноступенчатого орбитального самолёта. В качестве силовой установки предлагалось использование двигателей на основе ЖРД. Старт мог производится как с земли, так и с самолётов-носителей. В скором времени на рассмотрение поступили проекты с комбинированной силовой установкой (ТРД+ПВРД+ЖРД), один из которых стал прообразом ВКС под индексом “2000” или Ту-2000. Этот вариант был наиболее осуществим при условии решения двух проблем - повышение экономичности и увеличение запаса топлива на старте.
Самолёт “2000” имел схему “бесхвостка” с расположением двигателей под фюзеляжем и треугольным крылом малого удлинения. Все элементы ВКС конструктивно интегрировались вокруг силовой установки, состоявшей из следующих компонентов:
4 ТРД в хвостовой части фюзеляжа;
- основной разгонный ШПВРД (располагался в задней части фюзеляжа);
- 2 ЖРД для маневрирования в безвоздушном пространстве (устанавливались между ТРД).
Столь большое количество двигателей потребовалось для обеспечения максимальной экономичности на различных режимах полёта.
Фюзеляж Ту-2000 большого размера, в основном занят топливными баками с жидким водородом. В носовой част» фюзеляжа расположена кабина экипажа на двух членов экипажа. Система автоматического спасения экипажа обеспечивает спасение от земли до максимальных высот. Носовая часть вместе с кабиной отделяемая и прорабатывалась в двух вариантах: с отделяемой и спасаемой на парашюте кабиной экипажа и катапультируемыми креслами самолетного типа. На экспериментальном ВКС будут использоваться катапультируемые кресла с предварительным отделением носовой части и кабины экипажа.
Дополнительным “пинком” к продвижению проекта послужила информация о ВКС X-30, создаваемом фирмой Rockwell в рамках проекта NASP (National Aero-Space Plane). Учитывая эту ситуацию были изданы постановления правительства СССР от 27 января и 19 июля 1986 о создании аналогичной воздушно-космической системы. Далее, 1 сентября Министерство обороны выпустило техническое задание на одноступенческий многоразовый воздушно-космический самолет (МВКС), который должен был решать военных задач как в атмосфере, так и в ближнем космическом пространстве, а также обеспечить высокоскоростную трансатмосферную межконтинентальную транспортировку.
В конкурсе приняли участия ОБК Туполева, ОКБ Яковлева и НПО “Энергия”, но безусловным фаворитом был конечно же Ту-2000, разработка которого велась больше 10 лет. “Туполевцы” оказались более последовательными и спланировали развитие МВКС в два этапа.
Этап 1 - создание экспериментального самолёта Ту-2000А. Полётная масса этой машины оценивалась в 70-90 тонн, скорость - около М-6 на высоте 30 км. Геометрические размеры: длина - 60 м, размах крыла - 14 м, стреловидность по передней кромке крыла - 70 град.
Этап 2 - здесь имелись варианты: космический бомбардировщик Ту-2000Б, МВКС или пассажирский гиперзвуковой лайнер.
Ту-2000Б проектировался как двухместный бомбардировщик с дальностью 10,000 км и взлетным весом 350 тонн. Шесть двигателей с питанием на жидком водороде должны были обеспечить скорость М=6 на высоте в 30 км.
Ту-2000 в варианте МВКС имел бы стартовый вес 260 тонн, высоту полета более 60 км и скорость от М=15 до М=25 (орбитальная скорость). Полезная нагрузка 8-10 тонн может выводиться на орбиту высотой 200 км.
Проект лайнера не находился тогда в числе приоритетных и его детальная проработка не производилась.
Итак, в закату Советского Союза и его военно-промышленного комплекса работы по Ту-2000А велись в полном объёме. Конечно, “перестройка” изрядно подкосила финансирование военных проектов, но даже тогда сделано было немало. К декабрю 1991 года были изготовлены кессон крыла из никелевого сплава, элементы фюзеляжа, криогенные топливные баки и композитные топливопроводы. Заметим, что американцы застряли со своим Х-30 лишь на попытке постройки секции фюзеляжа из титанового сплава. Если был не коллапс СССР проект Ту-2000 вполне мог быть реализован к 2000 году, но история рассудила иначе.
Так что же было дальше? Летом 1992 года рассекреченный проект Ту-2000 решили поставить на коммерческую основу (другого выхода у “туполевцев” просто не оставалось), после чего макет МВКС был показан на выставке “Мосаэрошоу-92″ на стенде ОКБ им. А. Н. Туполева. Как обычно, высшим руководством России “пачками” раздавались обещания о “поднятии оборонного престижа” и т.д., но реально ничего делалось. В скором времени финансирование вообще прекратили и в настоящее время Ту-2000 считается “замороженным” проектом. Небольшая надежда на продолжение работ была в середине 1990-х гг. Тогда даже выполнили финансовые расчеты - в ценах 1995 года стоимость постройки одного Ту-2000 равнялась 450 млн.долларов при общих затратах на опытно-конструкторские разработки около 5,29 млрд.долларов. Стоимость каждого запуска ВКС оценивалась в 13,6 млн. долларов при темпе 20 пусков в год. Предполагалось также, что с момента начала необходимого финансирования НИОКР можно выполнить за 13-15 лет.
Как видим, проект был совсем не дешевым и потянуть его российская оборонка не смогла в принципе. Даже в 2010 году вопрос о возобновлении работ по Ту-2000 не поднимался. Справедливости ради отметим, что проект NASP X-30, столь рекламируемый в середине 1980-х гг., через несколько лет “заглох” и в 1992 году его финансирование тоже прекратили. Окончательное решение о закрытии программы X-30 было принято годом позже.
Практически все работы, связанные с авиационно-космической тематикой, в ОКБ А.Н.Туполева были свернуты в начале 60-х годов. Вновь к этой тематике ОКБ возвращается в 70-ые годы, когда в СССР начинаются перспективные работы над авиационными воздушно-космическими системами на базе одноступенчатых орбитальных самолетов. Это принципиально новое направление, родившееся на стыке авиационной, ракетной и космической техники, интенсивно разрабатывается начиная с середины 70-х годов ведущими аэрокосмическими фирмами мира. По замыслам разработчиков, реализация столь сложной и масштабной программы создания подобного воздушно-космического самолета (ВКС) должна позволить не только создать принципиально новый класс летательных аппаратов, способных экономически и экологически эффективно решать многие проблемы военного и гражданского характера, но и даст возможность освоить перспективные технологии, которые будут определять во многом уровень передовых отраслей ведущих стран в XXI веке.
Увеличение частоты запусков ракетно-космических систем и дальнейший их рост в перспективе ставит перед разработчиками ряд экономических и экологических проблем и ограничений. Необходимо снизить стоимость вывода полезной нагрузки на орбиту, прекратить засорение ближнего космоса отработанными частями ракетоносителей, значительно уменьшить или даже ликвидировать территории, отчуждаемые для падения отработанных ступеней. Большое значение имеет обеспечение гарантированной частоты запусков, снижение стоимости и сложности наземного комплекса, а также гибкости базирования.
Обеспечить все эти весьма противоречивые требования можно в случае создания и широкого использования одноступенчатых воздушно-космических летательных аппаратов горизонтального взлета и посадки многоразового использования. Наиболее важным фактором для улучшения экономических показателей является возможность эксплуатации ВКС подобно самолету, что позволит значительно сократить количество наземного обслуживающего персонала и исключить сложные элементы наземного комплекса (системы вертикальной сборки, стартовые площадки, специальные мероприятия и помещения для хранения блоков первых ступеней и т.д.). Значительно сокращаются затраты на оперативное техническое обслуживание (за счет сокращения времени на подготовку к повторному вылету), что приближает ВКС по характеристикам эксплуатационной технологичности к существующим тяжелым самолетам.
Одноступенчатым ВКС целесообразно решать все задачи, связанные с выведением грузов малой и средней размерности на относительно низкие орбиты. Эксплуатационная гибкость подобного ВКС позволяет один и тот же летательный аппарат использовать для выполнения практически любого из возможных заданий с помощью системы сменных модулей.
В 1968-1971 годах в ОКБ А.Н.Туполева в проработке находилось несколько технических предложений по ВКС с горизонтальным стартом и посадкой. Взлетная масса летательных аппаратов, согласно проектов, достигала 300 тонн. В качестве силовой установки предлагалось использовать ЖРД на тепловыделяющих элементах с использованием ЯСУ, в качестве рабочего тела - водород. Рассматривались варианты многоэтапного вывода полезных нагрузок с ВКС, находящихся на орбите вокруг Земли, на межпланетные орбиты с использованием ионных и плазменных маршевых двигателей. В тот период основное внимание ОКБ было сосредоточено на СПС-1 и многорежимных тяжелых боевых самолетах. На развертывание крупномасштабных и дорогостоящих исследовательских работ по одноступенчатым ВКС не было ни средств, ни свободных необходимых научно-технических и людских ресурсов, кроме того, до первых успехов в американской программе по «Шатлу» военные не проявляли особого интереса к проектам отечественных ВКС, делая традиционно ставку в оборонных космических программах на традиционные ракетно-космические системы. Поэтому все эти оригинальные предложения ОКБ не вышли из стадии эмбрионального состояния.
С началом работ на Западе по одноступенчатым ВКС, работы по данной тематике оживились и в СССР. К середине 80-х годов совместно с ЦАГИ, ОКБ Н.Д.Кузнецова, с другими предприятиями и организациями отечественного ВПК ОКБ подготовило ряд конкретных технических предложений по созданию авиационно-космической системы на базе одноступенчатого орбитального самолета с маршевой и корректирующей силовыми установками на основе ЖРД, с наземным или воздушным стартом с тяжелых самолетов-носителей.
Следующим этапом в создании одноступенчатого ВКС в ОКБ стало начало проектирования летательного аппарата с маршевой силовой установкой, построенной на комбинации двигателей принципиально различного типа (ТРД + ПВРД + ЖРД). За прошедшие годы ОКБ удалось накопить большой научно-технический и технологический материал, дающий возможность перейти к практической реализации проекта одноступенчатого ВКС. По теме одноступенчатого орбитального ВКС ОКБ за эти годы подготовило несколько проектов, отличавшихся различными техническими решениями в части компоновки летательного аппарата и его силовой установки. Одним из последних проектов стал проект, получивший обозначение самолет «2000» или Ту-2000 с комбинированной силовой установкой (ТРД + ШПВРД + ЖРД).
Ответом на разработку США трансатмосферного X-30 (NASP) стали постановления правительства СССР от 27 января и 19 июля 1986 о создании эквивалента. 1 сентября Министерство обороны выпустило техническое задание на одноступенчатый многоразовый воздушно-космический самолет (МВКС). МВКС должен был обеспечить эффективную и экономичную доставку на околоземную орбиту; обеспечить высокоскоростную трансатмосферную межконтинентальную транспортировку, и решение военные задач как в атмосфере, так и в ближнем космическом пространстве. Из представленных ОКБ Туполева, ОКБ Яковлева и НПО «Энергия» проектов одобрение получил Ту-2000.
Исследования, проведенные в ОКБ по проблеме создания одноступенчатого ВКС, дают основание утверждать, что одноступенчатый ВКС способен стать реальностью, если решить, в частности, проблемы существенного повышения экономичности силовой установки и значительно поднять относительный запас топлива на взлете летательного аппарата.
По мнению ОКБ, на сегодняшний день, существенно повысить экономичность силовой установки можно, используя в качестве окислителя кислород воздуха, то есть применяя ВРД. Единственным типом ВРД, который можно использовать при гиперзвуковых скоростях полета, на которые рассчитывается ВКС, является ПВРД. В свою очередь, использование ПВРД требует выполнения полета в атмосфере с высокими скоростными напорами для ограничения габаритов и массы силовой установки. Высокие скоростные и тепловые нагрузки конструкции летательного аппарата требуют увеличения массы пустого аппарата. Это увеличение целесообразно лишь тогда, когда существенно снижается общая масса бортового запаса топлива. Использование в качестве окислителя атмосферного воздуха позволяет уменьшить секундный расход топлива, однако существенное снижение общей массы ВКС может быть достигнуто только при условии работы ПВРД в широком диапазоне чисел М полета (широкодиапазонный ПВРД - ШПВРД). Это дает существенную разность между уменьшением массы топлива и увеличением массы конструкции, связанным с использованием ПВРД, и обеспечивает выигрыш в относительной массе полезной нагрузки. Другим определяющим условием реализации одноступенчатого ВКС является использование в качестве топлива жидкого водорода. Уникальное сочетание высокой массовой теплотворной способности и высокой удельной теплоемкости позволяют создать более легкие и компактные двигатели с требуемым удельным расходом топлива. Одновременно использование хладоресурса жидкого водорода дает возможность спроектировать достаточно легкую охлаждаемую конструкцию планера и воздухозаборника, а также обеспечивать необходимые температурные режимы бортовых систем и оборудования. Применение ПВРД требуют большую часть разгонной траектории до орбитальной скорости выполнять в плотных слоях атмосферы, что вызывает сильный кинетический нагрев конструкции, особенно передних кромок крыла, воздухозаборника, носка фюзеляжа и всей нижней поверхности ВКС. Расчеты, проведенные в ОКБ, показали, что без применения жидкого водорода в качестве охлаждающего хладоагента не удается обеспечить нормальный температурный режим конструкции планера, самих ПВРД, оборудования, а также обеспечить нормальные условия для экипажа, грузов, в том числе и специальных, а в перспективе для пассажиров.
В связи с низкой плотностью жидкого водорода ведутся исследования по созданию технологии производства и хранения на борту ЛА переохлажденного (шугообразного) водорода.
Из условий применения на ВКС основной разгонной силовой установки на базе ПВРД для него наиболее рационально применение комбинированной силовой установки, включающей экономичные ТРД, работающие в диапазоне скоростей, соответствующих диапазону М=0-2,5, ПВРД (ШПВРД), обеспечивающих разгон до М=20-25, и ЖРД для доразгона до орбитальной скорости и маневрирования на орбите.
Для того, чтобы одноступенчатый ВКС был конкурентоспособен в сравнении с другими транспортными ракетно-космическими средствами, при его проектировании необходимо обеспечить выполнение ряда требований к летным характеристикам. ВКС должен обладать способностью совершать взлеты и посадки со стандартных взлетно-посадочных полос длиною до 3000 м, совершать полеты с разворотом на дозвуковой скорости после взлета для выхода в заданную точку начала разгона и перед посадкой для захода на заданный аэродром, осуществлять перелеты для изменения аэродрома базирования, быстро выполнять разгон до заданной скорости и высоты, включая выход на круговую орбиту, выполнять неоднократные орбитальные маневры, выполнять автономный орбитальный полет продолжительностью до суток, выполнять крейсерский полет в атмосфере с гиперзвуковыми скоростями, выполнять торможение со снижением при возвращении с орбиты, в процессе разгона до орбитальных параметров и в процессе снижения выполнять маневрирование для прохода заданной трассы и выхода на заданную орбиту и заданный аэродром, изменять плоскость орбитального полета.
Из-за сложности решения комплекса научно-технических, технологических и эксплуатационных проблем создания одноступенчатого ВКС в ходе проектирования решено было, что целесообразно практические работы начать с постройки и испытаний экспериментального ВКС несколько меньшей размерности, чем окончательный вариант. На этом летательном аппарате будут проверены в реальных условиях полета новые концепции и технические решения, заложенные в аэродинамическую схему, силовую установку, конструкцию и теплозащиту планера, самолетных систем, двигателей и оборудования. Необходимость создания экспериментального ВКС обусловлена, кроме всего прочего, отсутствием условий натурного моделирования на наземных установках при числах М=6...8 явлений аэротермодинамики, процессов горения в двигательной установке, процессов нагрева конструкции.
Принципиальная новизна разрабатываемого ВКС, неопределенность в характере внешних воздействий на него, отсутствие в настоящее время проверенных технических решений по ряду направлений, а также необходимого набора конструкционных материалов и полуфабрикатов обуславливают необходимость поэтапной разработки и испытаний экспериментального ВКС. Поэтому вся программа по созданию экспериментального ВСК была разбита на два этапа: создание экспериментального гиперзвукового самолета ЭГС с максимальной скоростью полета до М=5..6 и создание экспериментального ВКС - прототипа одноступенчатого многоразового ВКС, обеспечивающего проведение летного эксперимента во всей области полетов, вплоть до выхода в космос. В настоящее время в ОКБ определились по основным техническим решениям ВКС второго этапа (создание летательного аппарата по первому этапу укладывается в рамки глубокой модернизации одного из существующих сверхзвуковых летательных аппаратов). M.Wade утверждает, что на втором этапе помимо МВКС намечалось создать варианты космического бомбардировщика Ту-2000Б и пассажирского гиперзвукового самолета. Ту-2000Б проектировался как двухместный бомбардировщик с дальностью 10000 км и взлетным весом 350 тонн. Шесть двигателей с питанием на жидком водороде должны были обеспечить скорость М=6 на высоте в 30 км. Возможно, это отголоски работ по проекту «360».
До приостановки работ в 1992, для Ту-2000 были изготовлены: кессон крыла из никелевого сплав, элементы фюзеляжа, криогенные топливные баки и композитные топливопроводы. ЭГС должен был использовать турбопрямоточные двигатели с переменным циклом, использующие метан или жидкий водород.
По данным специалистов АНТК им. А.Н.Туполева, НИОКР можно выполнить за 13-15 лет с начала необходимого финансирования. В ценах 1995 г. стоимость постройки ВКС (при затратах на ОКР 5,29 млрд. долл.) будет около 480 млн.дол. Предполагаемая цена запуска - 13,6 млн.дол. (при темпе 20 пусков в год).
Макет самолета Ту-2000 был показан на выставке «Мосаэрошоу-92» на стенде ОКБ им.А.Н.Туполева.
В настоящее время в ОКБ продолжаются исследовательские и экспериментальные работы по программе создания ВКС Ту-2000.
Для отработки ГПВРД на жидком водороде должна использоваться ГЛЛ «Игла».
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ. Для ВКС принята аэродинамическая схема "бесхвостка", все элементы ВКС конструктивно интегрированы вокруг силовой установки, состоящей из четырех ТРД, находящихся в хвостовой части, основного разгонного ШПВРД, расположенного под фюзеляжем в задней его части, и двух ЖРД для маневрирования в космическом пространстве, установленных между ТРД. ВКС имеет треугольное крыло относительно небольшой площади и малого удлинения, большую роль в создании подъемной силы берет на себя фюзеляж с плоской нижней поверхностью. Органы управления традиционные для данной схемы ЛА: элевоны на крыле и руль поворота на киле. Основной двигатель - ШПВРД включает в себя воздухозаборник внешне-внутреннего сжатия, регулируемые камеры сгорания с косым срезом и многоканальную систему подачи топлива. Основной разгонный режим выполняется на ШПВРД. Воздушные каналы ТРД после достижения скорости М=2..2,5 и начала работы ШПВРД закрываются заслонками, которые в открытом состоянии образуют входное устройство воздухозаборника ТРД.
Особенностью конструкции ВКС является интегральное решение во взаимной компоновке планера и силовой установки, особенностью касающейся ШПВРД. Нижняя поверхность фюзеляжа выполняет функции: обеспечивает внешнее сжатие воздуха, входящего в ШПВРД, является верхней поверхностью замкнутой камеры внутреннего сжатия воздуха и сгорания топлива, служит верхней профилированной поверхностью сопла с косым срезом.
Фюзеляж ВКС большого размера, в основном занят топливными баками с жидким водородом. В носовой част» фюзеляжа расположена кабина экипажа на двух членов экипажа. Система автоматического спасения экипажа обеспечивает спасение от земли до максимальных высот. Носовая часть вместе с кабиной отделяемая и прорабатывалась в двух вариантах: с отделяемой и спасаемой на парашюте кабиной экипажа и катапультируемыми креслами самолетного типа. На экспериментальном ВКС будут использоваться катапультируемые кресла с предварительным отделением носовой части и кабины экипажа.
За кабиной экипажа находится технический отсек радиоэлектронного оборудования, в этот же отсек убирается передняя стойка шасси. Средняя и задняя части фюзеляжа заняты топливным баком с жидким водородом. Для питания ЖРД окислителем в хвостовой части фюзеляжа установлен кислородный бак. Все двигатели в качестве горючего используют жидкий водород из единой топливной системы.
Шасси ВКС нормальной трехточечной схемы с носовым колесом: передняя стойка со спаренными колесами малого диметра с высоким давлением в пневматиках колес, основные стойки - одноколесные, убираются в фюзеляж в отсеки в районе крыла.
Экспериментальный ВКС второго этапа согласно предварительных расчетов ОКБ должен иметь взлетную массу в пределах 70-90 тонн, запас жидкого водорода - 30 тонн и жидкого кислорода - 5 тонн. В окончательном варианте взлетная масса ВКС увеличится до 210-280 тонн. Подобный аппарат будет доставлять на околоземную орбиту 200-400 км полезный груз в 6-10 тонн. Компоновочно он будет повторять экспериментальный ВКС, но в отличие от него, на нем планируется, устанавливать более мощный ШПВРД, число ТРД увеличить до 6, как и на экспериментальном ВКС - два ЖРД.
Источник -
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 /
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