НАСЛЕДНИКИ «БУРАНА»
НАСЛЕДНИКИ «БУРАНА»
Правда, в то время и позднее в правительство поступало немало предложений о создании более простых и дешёвых авиационно-космических систем. Вспомним хотя бы о некоторых.
ПРОЕКТ НПО «ЭНЕРГИЯ». Так, на основе опыта по созданию орбитального корабля «Буран» в НПО «Энергия» по указанию главного конструктора Юрия Семёнова и под руководством Павла Цыбина с 1984 по 1993 год был разработан ряд проектов многоразовых кораблей малой величины с массами от 15 до 32 т.
Например, аэродинамическая схема пилотируемого многоразового корабля ОК-М была аналогична аэродинамической схеме корабля «Буран». Но поскольку его габариты (длина — 15 м, высота — 5,6 м, размах крыла — 10 м, масса полезного груза — до 3,5 т, состав экипажа — 2 пилота, 4 космонавта-исследователя) были существенно меньше, то в качестве носителя вполне могла бы использоваться двухступенчатая ракета «Зенит» конструкции НПО «Энергия».
МАКС ВЕРХОМ НА «МРИИ». Ещё один проект предложил в 1982 году генеральный конструктор НПО «Молния» Г.Е. Лозино-Лозинский. Он получил название МАКС, то есть «Многоразовая авиационно-космическая система». В 1988 году был разработан проект системы (220 томов) и создано несколько её моделей.
Система МАКС состоит из дозвукового самолёта-носителя и установленной на нём орбитальной ступени с внешним топливным баком. В качестве первой ступени МАКС планировалось использовать тяжёлый самолёт Ан-225 («Мрия») или сверхмощный двухфюзеляжный самолёт «Геракл», который ещё предстояло построить.
По вариантам второй ступени система МАКС имеет три модификации: МАКС-ОС, МАКС-Т и МАКС-М. В первом случае используются орбитальный многоразовый самолёт и одноразовый топливный бак. Для выведения на орбиту тяжёлых (до 18 тонн) полезных нагрузок предназначена модификация МАКС-Т, имеющая вторую беспилотную ступень одноразового применения. Наконец, МАКС-М — многоразовый беспилотный орбитальный самолёт, топливные баки которого включены в конструкцию самого планера.
Система МАКС, по расчётам, могла снизить стоимость выводимых в космос грузов до 1000 долларов за килограмм (против 12000–25000 долларов за килограмм по нынешним ценам). Причём базировать МАКС собирались на аэродромах 1-го класса, дооборудованных средствами заправки компонентами топлива, наземного технического и посадочного комплекса.
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.
Однако после смерти главного конструктора системы интенсивность проталкивания проекта резко снизилась. И МАКС скорее всего, так и останется в истории лишь в виде макетов да чертежей.
КОСМИЧЕСКИЕ «МИГИ». Среди относительно недавно выдвинутых проектов воздушно-космических самолётов в особую группу можно выделить аппараты, разрабатываемые в авиационном конструкторском бюро имени Микояна — МиГ-2000 и МиГ-АКС.
Первый представляет собой одноступенчатый воздушно-космический самолёт со взлётным весом 300 т, способный выводить полезную нагрузку до 9 т на орбиту высотой 200 километров с наклонением 51°. Второй вариант — это двухступенчатый воздушно-космический самолёт, создаваемый на основе оригинальной идеи электромагнитной левитации «ЭТОЛ».
Эта концепция была впервые продемонстрирована специалистами КБ имени Микояна и ЦАГИ на Международном авиакосмическом салоне в Жуковском летом 1999 года. Согласно ей, летательные аппараты должны садиться и взлетать с электромагнитной взлётно-посадочной полосы (ВПП), позволяющей ускорить разгон при взлёте 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 до 10 кг, который разгоняли и тормозили на полосе длиной 5 м.
Реальная же разгонная ВПП должна быть длиной 4 км. Найдутся ли на неё деньги, а главное, сможет ли наша промышленность создать мощные магниты, которые позволят за 10–15 секунд осуществить взлёт самолёта массой до 700 т, пока ещё большой вопрос.
Пока специалисты пытаются проверить на практике методику электромагнитных запусков на сравнительном небольшом многоцелевом беспилотном самолёте, который можно использовать для военной и геологической разведок и т.д.
Однако и эта разработка продвигается с трудом из-за отсутствия должного финансирования.
«ЗАРЯ» НА ГОРИЗОНТЕ. Кроме самолётных схем, конструкторы давно уже хотели поменять нынешний «Союз» на что-либо более комфортабельное. Одним из вариантов был проект многоразового транспортного корабля «Заря», запускаемого на орбиту с помощью ракеты «Зенит».
Его предполагалось создавать в два этапа: сначала — базовый многоразовый пилотируемый транспортный корабль, затем его модификации для решения специальных задач.
Работы над ним начались в 1987 году, ещё под личным контролем генерального конструктора В.П. Глушко. Считалось, что он вполне сможет быть использован для доставки на орбиту экипажей численностью до 8 человек.
Однако в январе 1989 года тема была закрыта. Официальная причина — опять-таки отсутствие денег на проект.
ДВУХМОДУЛЬНЫЙ ВКК. Впрочем, опыт, накопленный в ходе работ по орбитальным кораблям типа ОК-М и «Заря», позволил 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 («Воздушно-космический корабль») заслуживает внимания, поскольку может оказаться весьма перспективной в будущем.
По идее, такой корабль должен состоять из двух аппаратов-модулей; один — крылатый, другой выполнен по схеме несущего корпуса. При этом модули соединены не последовательно, а параллельно — один над другим. Снизу — несущий корпус служебного модуля, «верхом» на нём — пилотируемый. Соединение осуществляется на пироболтах и может быть устранено одним нажатием кнопки.
Пилотируемый модуль используется многократно, служебный — один раз, причём его можно модифицировать под конкретно выполняемую задачу.
Вся эта система стартует с помощью ракеты-носителя типа «Зенит» или даже на самолёте. Как показывают расчёты, функционирование подобной комбинированной системы может обойтись дешевле, чем нынешние одноразовые запуски.
Новый виток интереса к подобной системе возможен в свете начавшихся испытаний системы «Байкал—Ангара», где в роли второй ступени выступает крылатая ракета, способная, по идее, возвращаться на аэродром. А если добавить к системе ещё и небольшой многоразовый челнок, может получиться вполне практичный комплекс для доставки людей на орбиту.
«КЛИПЕР» УЖЕ НА СТАПЕЛЕ. Ещё одна новинка наших дней — многоразовый корабль «Клипер», который будет действовать в составе новой системы доставки грузов на орбиту «Паром». Новый космический корабль уже обретает реальные очертания в просторном цехе ракетно-космической корпорации «Энергия».
«Уже наглядно видно, что представляет собой этот корабль, — сообщил журналистам заместитель генерального конструктора РКК „Энергия“, лётчик-космонавт и дважды Герой Советского Союза Валерий Рюмин. — Он будет существенно отличаться и от российских „Союзов“, и от американских „шаттлов“. Коллектив разработчиков под руководством заместителя генерального конструктора Николая Брюханова, использовав опыт по созданию „Союзов“ и „Бурана“, собственные оригинальные решения, добился весьма неплохих результатов».
Основные характеристики российского многоразового корабля «Клипер» таковы: длина — 7 м, масса — 14 т, экипаж — 6 человек, объём кабины — 20 куб. м. С орбиты можно возвращать 500 кг полезного груза. В космос корабль будет выводиться или новой ракетой «Онега», или (если её не успеют до вести) «Зенитом».
«Клипер» будет иметь возможность совершать при спуске манёвр и приземляться на парашютах в России (а не в Казахстане, как нынешние «Союзы»). Уникальную кабину планируется отправлять в космос много раз. При соответствующем финансировании первый испытательный полёт может уже произойти через пять лет…
Валерий Рюмин особо отметил, что в передней носовой части «Клипера» установят (как и на «Союзе») двигатели системы аварийного спасения (САС). Таким образом, обеспечивается безопасность экипажа в случае возникновения любых ЧП и на старте, и на всех участках выведения корабля в космос. «Шаттлы», к слову, не имеют такой системы, и из-за её отсутствия не удалось спастись семерым астронавтам при взрыве во время взлёта многоразового «челнока» «Челленджер».
«Клипер», который полетит не ранее 2008–2010 года, ведёт свою родословную от первых маневрирующих возвращаемых аппаратов, приводнявшихся в начале 60-х годов XX века. Сперва он выглядел как цилиндр с носовым конусом и стабилизирующей конической «юбкой» на корме — эдакий «гвоздь». Потом аэродинамики подсказали лучший вариант: конус с наплывами, которые делали нижнюю часть плоской, повышая аэродинамическое качество и перераспределяя нагрев при входе в атмосферу.
В одном из вариантов, опубликованном в 1993 году, 3,5-тонный корабль должен был запускаться «Циклоном» или проектировавшимся тогда же в «Энергии» лёгким носителем «Квант». Обводами он уже почти полностью предвосхищал возвращаемый аппарат «Клипера», только размерами поменьше (длина — 2,9 м, диаметр — 1,3 м). Однако до его строительства дело так и не дошло — обошлись более дешёвыми «Фотонами».
Нынешний «Клипер» состоит из двух отсеков — возвращаемого или спускаемого аппарата и агрегатного или орбитального отсека.
Возвращаемый аппарат массой 9,8 т представляет собою конус, составленный из трёх частей. Причём одна из боковых сторон (нижняя при посадке) наплывами выровнена под этакую «лыжу». Самый нос затуплен для лучшего гашения кинетической энергии торможения в атмосфере. Вокруг носа видны узлы крепления двигателей системы аварийного спасения, срывающих корабль с ракеты в случае аварии.
В самом аппарате два отсека. Впереди — двигательный, в котором установлены ракетные двигатели системы ориентации и управления спуском и баки с топливом для них, за ним — отсек экипажа, рассчитанного на шесть космонавтов. Причём только двое из них будут непосредственно заняты управлением «Клипером», так что остальные четверо могут быть научными работниками или даже просто космическими туристами.
Люк в задней стенке возвращаемого аппарата связывает его с агрегатным отсеком массой около 4,5 т. В нём расположены двигатели орбитального маневрирования, топливо для них, система электропитания, а также оборудование, необходимое для работы на орбите, припасы и т.д.
В случае необходимости обитаемая часть агрегатного отсека будет использоваться и как шлюзовая камера для выхода в открытый космос. Таким образом, помимо транспортных рейсов к орбитальной станции, «Клипер» сможет выполнять и самостоятельные полёты продолжительностью до 10 суток.
ГИПЕРЗВУКОВОЙ «АЯКС». Ещё об одном прорывном проекте российских учёных мир узнал в 1991 году. Используя перспективные военные технологии, руководитель СКБ «Нева» (ныне — Санкт-Петербургское научно-исследовательское предприятие гиперзвуковых систем) Владимир Фрайштадт предложил оригинальную конструкцию одноступенчатого аэрокосмического самолёта, получившую название «Аякс».
Летательный аппарат должен состоять как бы из двух вложенных один в другой корпусов. Между ними — специальный катализатор, куда поступает поток традиционного керосина или более перспективного топлива — сжиженного метана. Когда аппарат совершает гиперзвуковой полёт в атмосфере, то внешний корпус сильно нагревается из-за трения об атмосферу и 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 самолёта.
Кроме того, часть обтекающего аппарат воздуха поступает в магнитоплазмохимический прямоточный воздушно-реактивный двигатель. В этом двигателе находятся магнитогазодинамический (МГД) генератор и ускоритель. Генератор создаёт мощное магнитное поле, в котором тормозится набегающий поток. Затем заторможенный и предварительно ионизированный поток воздуха поступает в камеру сгорания, куда подаётся обогащённое водородом топливо (керосин или метан). Истекающие продукты сгорания попадают в сопло, дополнительно разгоняются МГД-ускорителем и, расширяясь, выбрасываются наружу.
На базе этой концепции 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 самолёт «Нева» для метеорологических и астрофизических исследований, геологической разведки и экологического контроля; гиперзвуковые самолёты для перевозки грузов и пассажиров со скоростью 15000 км/час.
Особый интерес для нас представляет воздушно-космический самолёт «Нева». Его характеристики таковы: взлётная масса — 364 т, масса полезной нагрузки, выводимой на орбиту, — 3 т, максимальная скорость полёта на высоте 100 километров — 7500 м/с.
В настоящее время командой Владимира Фрайштадта проведены все возможные исследования, однако до постройки экспериментальных прототипов дело никак не дойдёт. Причина стандартна: у нашего государства нет денег на осуществление высокотехнологических проектов. А частный капитал, имея перед собой наглядный пример «ЮКОСа», вовсе не стремится выводить свои капиталы из тени и вкладывать их в перспективные разработки.
«АЭРОКОСМИЧЕСКОЕ РАЛЛИ». Тем временем в 1996 году американский фонд «Икс-прайс» («X-Prize») учредил приз в 10 млн. долларов за создание тренировочного и туристического ракетоплана, который мог бы доставить на высоту более 100 км трёх астронавтов.
Предварительные разработки представили до четырёх 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 кг) 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 также 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». Выводимый на орбиту объект размешается под фюзеляжем на подвеске. Выйдя в зону пуска, МиГ-31 набирает скорость около 2500 км/ч, поднимается на высоту 20 км и сбрасывает ракетоплан или ракету-носитель, у которых через 6 секунд включается бортовой двигатель.
В конструкции самого многоцелевого суборбитального ракетоплана АРС (сокращение от «Аэрокосмическое ралли») использован опыт создания предшественников нашего «Бурана» — беспилотных орбитальных прототипов системы «Бор».
Габариты АРС: длина — 5,8 м, ширина — 3,7 м, высота — 1,5 м, взлётная масса — 1700 кг, из них 350 кг приходится на полезную нагрузку.
В передней части герметичной кабины АРС находится место пилота-космонавта, за ним располагаются штурман и бортинженер либо туристы. В течение трёхминутного полёта экипаж АРС проходит все стадии космического путешествия.
Предполагается, что после отделения от МиГ-31 ракетоплан включит собственный двигатель и разовьёт до 1300 м/с. При этом он поднимется на высоту 120–130 км, а затем перейдёт в режим планирующего спуска. Наконец, он совершит посадку на аэродром по-самолётному или приземлится с помощью крыла-парашюта.
«КОСМИЧЕСКОЕ ТАКСИ». Ещё один проект в рамках конкурса «Икс-Прайс» разрабатывается в Акционерном обществе «Суборбитальная корпорация» при участии Экспериментального машиностроительного завода имени Мясищева.
По идее, запуск ракетного модуля «Космополис-XXI» с пассажирской капсулой осуществляется с самолёта-носителя на высотах порядка 20 км. В качестве самолёта-носителя выбран высотный самолёт М-55 («Геофизика») разработки завода имени В.М. Мясищева. Его лётные характеристики таковы: максимальная скорость — 2650 км/ч, практический потолок — 22 км, максимальная дальность — до 4000 км.
Ракетный модуль «Космополис-XXI» состоит из трёхместной пассажирской капсулы, двигательного блока, отсека оборудования с системами управления, жизнеобеспечения и спасения. Он устанавливается на «спину» самолёту-носителю и держится на специальных узлах крепления, снабжённых управляемыми механическими замками.
Внутри капсулы размещается три пассажирских кресла, которые для снижения посадочных перегрузок снабжены системой демпфирования. Система жизнеобеспечения позволяет поддерживать внутри пассажирской капсулы нормальные условия для жизнедеятельности космических пассажиров без применения индивидуальных дыхательных приборов.
После сброса с самолёта-носителя ракетный модуль должен набирать высоту по параболе, в верхней точке которой происходит расстыковка пассажирской капсулы и двигательного отсека. При снижении пассажирская капсула опирается на выдвижные аэродинамические плоскости, которые и обеспечивают управляемый спуск. Посадка выполняется по-самолётному, на взлётно-посадочную полосу обычного аэродрома. В качестве альтернативного варианта возможна посадка пассажирской капсулы на парашюте.
По словам главного конструктора проекта Валерия Новикова, такая схема позволит совершить своего рода революцию в астронавтике, поскольку приведёт к появлению нового поколения космических носителей многоразового использования — куда более дешёвых и надёжных, чем нынешние.
Однако пока наши конструкторы, продемонстрировав модели своих конструкций, искали субсидии на их строительство, приз забрал известный американский авиаконструктор Барт Рутан, создавший на деньги частного капитала аэрокосмическую систему «Белый рыцарь», которая и смогла совершить осенью 2004 года взлёт на высоту более 100 км.
Правда, создание самой системы обошлось более чем в 25 млн. долларов. Однако инвесторы вовсе не считают свои деньги выброшенными на ветер. Ведь ныне, как известно, один только билет на орбиту для космического туриста стоит таких денег. Создатели «Белого рыцаря» обещают брать дешевле и тем не менее намерены получать ежегодно прибыль не менее 100 млн. долларов.