Краткая история
создания многоразового орбитального корабля "Буран" (изделия 11Ф35)
Работы по созданию
многоразовых космических кораблей в Советском
Союзе имеют свою историю.
Идея использовать крылья на
возвращаемом космическом аппарате возникла сразу же с началом
полетов в космос. Это объяснялось желанием использовать
потенциальные возможности земной атмосферы (в первую очередь,
управляемое торможение и точное маневрирование) и тем авиационным
заделом, с которым первые ракетчики пришли в космонавтику. Поэтому
наличие крыльев на спускаемом аппарате, движущимся в атмосфере,
выглядело простым и логичным.
Первые проекты крылатых
космических кораблей
Во второй половине 50-х годов в ЦАГИ приступили к исследованию гиперзвуковых
пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов. Первые официальные упоминания
о "космолетах" ("космопланах") - аппаратах типа самолетов, способных летать на
чрезвычайно больших высотах и в околоземном космосе - появились в 1958 году в
планах Министерства обороны СССР,
очерчивающих основные направления деятельности советских ВВС на ближайшие 25 лет.
Предполагалось, что разрабатываемые аппараты смогут достичь скоростей свыше М=10
и высот полета более 60 км.
Вскоре в ОКБ-23 и ОКБ-256 Госкомитета по авиационной технике началась разработка
проектов пилотируемых "космопланов", запускаемых на орбиту трехступенчатой
модификацией МБР Р-7.
"Лапоток" Павла Цыбина.
Условные обозначения: 1 - кабина космонавтов; 2 -
иллюминаторы; 3 - входной люк; 4 - приборный отсек; 5 - консоли крыла при
входе в плотные слои атмосферы; 6 - хвостовое оперение |
В
ОКБ-256 Павла Цыбина по заказу ОКБ-1 Сергея Королева, параллельно с "гагаринским"
"Востоком", проектировался крылатый космический корабль (КК) "классической"
аэродинамической схемы, эскизный проект которого был утвержден 17 мая 1957 года.
Планирующий космический аппарат (ПКА) имел трапециевидное крыло и нормальное
хвостовое оперение при стартовой массе 4,7 т, посадочной - 2,6 т и экипаже 1
человек. Расчетная продолжительность полета достигала 27 часов. КК имел длину
9,4 м, размах крыла 5,5 м, высоту по оперению 4 м и ширину фюзеляжа 3 м.
Особенностью проекта было складывание крыла в аэродинамическую "тень" фюзеляжа
на участке интенсивного торможения в атмосфере. Схема спуска предполагала
интенсивное торможение в атмосфере с использованием подъемной силы несущего
корпуса до скорости 500-600 км/ч на высоте около 20 км, затем обеспечивалось
планирование с помощью раскладывающего крыла. Космонавт должен был
катапультироваться перед посадкой на взлетно-посадочную полосу (ВПП). После
подключения к работам ЦАГИ выяснилось, что проблемы, встающие перед
разработчиками крылатых космических аппаратов, гораздо серьезнее, чем было
принято считать. Так, после продувок в аэродинамических трубах выяснилось, что
тепловые нагрузки на теплозащитный экран значительно превосходят расчетные, а
узел шарнира поворота консолей крыла на самом теплонапряженном участке спуска
находится в "застойной" зоне с практически полным отсутствием теплоотвода.
Технические проблемы, связанные с точной ориентацией при спуске, сложности с
теплозащитой и успешные испытания КК "Восток" определили прекращение работ по
ПКА.
ВКА-23 В.М.Мясищева, третий
вариант ( "49", 1960 г.): стартовая масса - 4,5 т при
запуске на орбиту высотой 400 км, полезный груз 700 кг; экипаж 1 человек;
длина 9,0 м, размах крыла 6,5 м, высота 2 м. |
В 1957-60 годах воздушно-космические аппараты (ВКА) М-40,
М-46 и другие разрабатывались в ОКБ-23 Владимира Мясищева в рамках "Темы-48".
Последний вариант ВКА-23 впервые предусматривал применение плиточной
керамической теплозащиты, предназначался для одного космонавта и при запуске на
орбиту высотой 400 км имел массу 4,5 т, длину 9 м, размах крыла 6,5 м, высоту по
килям 2 м и был способен нести полезный груз 700 кг.
Ракетоплан Р-2 разработки Владимира Челомея |
В 1960 г. ОКБ-23 и ОКБ-256 стали филиалами ОКБ-52 Владимира
Челомея, продолжившим работу над ракетопланами. Результатом стал эскизный проект
беспилотного ракетоплана Р-1 массой 6,3 т, оснащенного М-образным складным
крылом переменной стреловидности, и его пилотируемого варианта Р-2.
Беспилотный вариант Р-1 предназначался для проверки и отработки всех агрегатов и
систем ракетоплана на орбите, в том числе систем ориентации и стабилизации,
теплозащиты, срабатывания средств разделения с изучением динамики процесса
расцепки, уточнения баллистических и аэродинамических параметров ракетоплана с
оценкой надежности работы всех бортовых систем.
На ракетоплане Р-2 предполагалась отработка космонавтом
контрольно-проверочных, связных и
наблюдательных
функций из космоса. Полная масса ракетопланов Р-1 и Р-2 - по 6300 кг, штатная
траектория полета должна была включать эллиптическую орбиту с перигеем 160 км и
апогеем 290 км, полное время полета составляло 24 часа. Перегрузка на спуске
должна была составить всего 3,5-4 g, в отличие от 9-11 g на
спускаемом аппарате КК "Восток".
Для запуска ракетопланов велась проработка собственной двухступенчатой РН
А-150 со стартовым весом около 200 т.
По программе разработки ракетоплана и маневрирующих боеголовок в 1961-63 годах
было выполнено 12 суборбитальных запусков масштабных моделей МП-1 и М-12 на РН
Р-12 разработки Михаила Янгеля (первый пуск 21.02.1963), но после снятия с
руководящих постов благоволившего к Челомею Никиты Хрущева (его сын Сергей
работал в ОКБ-52) 19 октября 1964 года все работы были прекращены с передачей
материалов по ракетопланам в ОКБ-155 Артема Микояна.
МП-1 представляла собой прообраз маневрирующей боеголовки в виде
1,8-метрового конуса массой
1,75 т, управляемого на гиперзвуковых скоростях восемью
аэродинамическими щитками. Баллистическая ракета поднимала образец на 405 км, в
атмосферу он входил в 1760 км от места старта со скоростью 3,8 км/с. М-12
- такой же конус, но с четырьмя стабилизаторами.
Если работа над
ракетопланами не спасла самостоятельность
ОКБ-23 Мясищева, то патриарх отечественной авиации
Андрей Туполев поступил мудрее, создав еще в 1956-57 годах внутри своего ОКБ-156
отдел "К" под руководством своего
сына Алексея, поручив ему работы в области беспилотных авиационных и ракетных
систем. В 1958 г. отдел "К" начал
работы над ударным беспилотным комплексом "ДП"
(дальний планирующий), состоящим из РН (предполагалось использовать модификации
боевых Р-5, -12, -14 или Р-16) и последней ступени в виде планирующего
ракетоплана с термоядерной боевой частью. Предусматривалась также разработка в
ОКБ-156 собственного носителя. РН должна была забрасывать планирующий аппарат на
высоту 50-100 км и придавать ему горизонтальную скорость до 20000 км/ч. После
разделения ракетоплан выполнял коррекцию и летел к цели по планирующей
траектории со снижением скорости и высоты полета. Аппарат должен был выйти на
цель на удалении до 4000 км от точки старта, развивая скорость до М=10 (~7000 км/ч)
над целью на высоте 30 км.
В
1959 г.
"туполевцы" приступили к рабочему
проектированию экспериментального прототипа боевого комплекса "ДП"
- самолета
"130" (Ту-130). В окончательном
виде он стал "бесхвосткой" массой 2050 кг и сравнительно небольших размеров:
длина - 8,8 м, размах крыла - 2,8 м и высота - 2,2 м.
В опытном производстве заложили серию из пяти экспериментальных
"130", и в 1960 г. первый планер был готов к
оснащению оборудованием и к стыковке с РН
-
модифицированной Р-12. Однако по постановлению от 5 февраля 1960 работы по
"130"
прекратили - его судьбу решили успехи в создании
советских МБР. К этому моменту окончательный вариант комплекса "ДП"
состоял из трехступенчатой РН собственной разработки со стартовым весом 240 т, и
крылатого аппарата, способного доставить термоядерную боеголовку весом 3-5 т на
дальность 9000-12000 км.
Задел по темам "ДП" и
"130" был использован в проектах
ракетоплана
"136"
(Ту-136, "Звезда",
"Красная звезда") и его орбитального варианта "Спутник".
Пилотируемый "136" предназначался для
одновиткового
полета вокруг Земли с последующей посадкой, а "Спутник"
("137", Ту-137) для нескольких витков с последующей планирующей посадкой на ВПП
аэродрома. Работы по темам
"Звезда" и "Спутник" продолжались
до 1963 г., не выходя за рамки эскизного проектирования. Интересно другое
- в рамках "Звезды" прорабатывался вариант вывода ракетоплана на орбиту с
помощью авиационно-космической системы, первая ступень которой представляла
стратегический сверхзвуковой самолет ("135" или "139"), а вторая ступень -
баллистическую ракету воздушного базирования с ракетопланом вместо головной
боевой части. Именно этот вариант можно считать предтечей
воздушно-орбитального самолета (ВОС) "Спираль",
блестящий проект которого предложило ОКБ-155 Микояна 29 июня 1966 года.
Мы не будем
здесь подробно останавливаться на проекте "Спираль"
- ему, включая и его продолжения в виде беспилотных
орбитальных ракетопланов ("БОРов") - посвящен
отдельный
раздел сайта.
Но
гораздо больше узнать и о "Спирали", и об упомянутых выше проектах
крылатых космических кораблей вы сможете в нашей книге "Космические
крылья"
На
сегодняшний день книга (см. обложку слева) "Космические крылья",
(М.:ООО "ЛенТа странствий", 2009. - 496с.:ил.)
- это самое полное русскоязычное энциклопедическое
повествование о десятках отечественных и зарубежных проектах. Вот как об этом
сказано в аннотации:
"Книга посвящена этапу возникновения и развития крылатых
ракетно-космических систем, которые рождались на "стыке трех стихий" - авиации,
ракетной техники и космонавтики, и вобрали в себя не только конструктивные
особенности данных видов техники, но и весь ворох сопровождающих их технических
и военно-политических проблем.
Подробно излагается история создания воздушно космических аппаратов мира - от
первых самолетов с ракетными двигателями времен II Мировой войны до начала
реализации программ Space Shuttle (США) и "Энергия-Буран" (СССР).
Книга, рассчитанная на широкий круг читателей, интересующихся историей авиации и
космонавтики, особенностями конструкции и неожиданными поворотами судьбы первых
проектов авиационно-космических систем, содержит на 496 страницах около 700
иллюстраций, значительная часть которых публикуется впервые."
Содействие в подготовке публикации оказали такие предприятия
авиационно-космического комплекса России, как
НПО "Молния",
НПО машиностроения, ФГУП РСК "МиГ",
ЛИИ имени М.М.Громова, ЦАГИ, а также музей Морского космического флота.
Вступительная статья написана генералом В.Е.Гудилиным,
легендарной личностью нашей космонавтики.
Получить более полное представление о книге, ее цене и
возможностях приобретения можно на
отдельной странице. Там
же можно познакомиться с ее содержанием, оформлением, вступительной статьей
Владимира Гудилина,
предисловием авторов и выходными данными издания.
|
Путь к "Бурану"
Следующей
этапной работой для советской космонавтики явилась разработка многоразовой
космической системы (МКС) "Энергия-Буран",
завершившаяся триумфальным беспилотным
полетом и
автоматической посадкой "Бурана"
на
ВПП космодрома Байконур
15 ноября 1988 года.
Создание МКС "Энергия-Буран" (рис. справа) было самой
масштабной и трудоемкой программой в истории советской космонавтики. Достаточно
сказать, что в течение 18 лет над МКС непосредственно работало более миллиона
человек в 1286 предприятиях и организациях 86 министерств и ведомств, были
задействованы крупнейшие научные и производственные центры страны. Общие затраты
на программу по состоянию на начало 1992 года составили 16,4 млрд. советских
рублей.
"Буран"
задумывался как военная система. Вот как вспоминал об этом в 1994-м году
директор головного в ракетно-космической промышленности Центрального НИИ
машиностроения Ю.А.Мозжорин:
"Программа имеет свою предысторию. В 1972
г. Никсон объявил, что в США начинает разрабатываться программа
"Space Shuttle".
Она была объявлена как национальная, рассчитанная на 60 пусков челнока в год,
предполагалось создать 4 таких корабля; затраты на программу планировались в 5
миллиардов 150 миллионов долларов в ценах 1971 г. В дальнейшем они конечно
подросли, как и у всех бывает, достигли 13 миллиардов 400 миллионов долларов.
Программа была серьезная, поскольку создавались 4 стартовых комплекса, на базе
Ванденберг и на мысе Кеннеди, создавались специальные производства.
Челнок выводил на околоземную орбиту 29,5 т, и мог спускать с орбиты груз до
14,5 т. Это очень серьезно, и мы начали изучать, для каких целей он создается?
Ведь все было очень необычно: вес, выводимый на орбиту при помощи одноразовых
носителей в Америке, даже не достигал 150 т/год, а тут задумывалось в 12 раз
больше; ничего с орбиты не спускалось, а тут предполагалось возвращать 820 т/год...
Это была не просто программа создания какой-то космической системы под девизом
снижения затрат на транспортные расходы (наши, нашего института проработки
показали, что никакого снижения фактически не будет наблюдаться), она имела
явное целевое военное назначение.
И действительно, в это время начали говорить о создании мощных лазеров, лучевого
оружия, оружия на новых физических принципах, которое -
теоретически - позволяет уничтожать ракеты противника на
расстоянии в несколько тысяч километров. Как раз вот создание такой системы и
предполагалось для отработки этого нового оружия в космических условиях".
Слова Юрия Александровича
подтверждает заместитель Главного конструктора МКС "Буран"
В.М.Филин:
"Необходимость создания отечественной многоразовой
космической системы как средства сдерживания потенциального противника была
выявлена в ходе аналитических исследований, проведенных Институтом прикладной
математики АН
СССР и НПО
"Энергия" в период 1971-75
гг. Было показано, что США, введя в эксплуатацию свою многоразовую систему
"Space Shuttle",
смогут получить решающее военное преимущество в плане нанесения превентивного
ракетно-ядерного удара по жизненно-важным объектам на территории нашей страны".
В решениях НТС Министерства общего
машиностроения и Министерства обороны ставилась задача: "исключить
возможную техническую и военную внезапность, связанную с появлением у
потенциального противника многоразовой транспортной космической системы
"Space Shuttle"
- принципиально нового технического средства доставки на
околоземные орбиты и возвращения на Землю значительных масс полезных грузов".
Но
окончательный облик "Бурана" появился
не сразу. Первоначальный вариант "ОС-120"
(рисунок справа), появившийся в 1975 году в томе 1Б "Технические
предложения" "Комплексной ракетно-космической программы", был практически полной
копией
американского шаттла -
в хвостовой части корабля размещались три
маршевых кислородно-водородных двигателя (11Д122
разработки КБЭМ тягой по 250 тс и удельным импульсом 353 сек на земле и 455 сек
в вакууме) с двумя выступающими мотогондолами с двигателями орбитального
маневрирования.
МКС с орбитальным кораблем ОС-120 имела стартовую массу
2380 т и состояла из четырех модульных блоков I ступени,
расположенных вокруг подвесного топливного отсека и орбитального самолета,
образующих II ступень системы. Советский аналог воздушно-космического самолета "Шаттла"
- "ОС-120" получался тяжелее (стартовая масса 120 т,
посадочная - 89 т) за счет размещения на пилонах в
хвостовой части двух РДТТ системы аварийного спасения для экстренного отделения
корабля от топливного отсека.
Параллельно в
НПО "Энергия" рождается другой
вариант, названный
МТК-ВП (Многоразовый транспортный корабль вертикальной
посадки), массой ~90 т, конструктивно состоящий из передней носовой части
конической формы с кабиной экипажа и блоком двигателей ориентации,
цилиндрического грузового отсека большого объема в центральной части, и
хвостового отсека с двигательной установкой и запасами топлива.
МТК-ВП должен был выводиться на орбиту РН стартовой массой 2380 т, состоящей
из шести боковых модульных блоков (с уменьшенным до 250 т запасом топлива) в
качестве I ступени и центрального блока с рабочим запасом топлива 455 т и
кислородно-водородными ЖРД в качестве II ступени. На каждом боковом блоке
устанавливался кислородно-керосиновый ЖРД РД-123 тягой по
600 тс, на центральном блоке устанавливалось два ЖРД
11Д122.
Многразовый орбитальный корабль МТК-ВП:
1 - стабилизаторы; 2 - хвостовой парашютный
отсек; 3 -
носовой парашютный отсек; 4 - отсек полезного груза;,
5 - остекление кабины
экипажа; 6 - носовой блок
двигателей системы ориентации;
7 - створки перепуска воздуха; 8 -
выдвижные посадочные опоры (лыжи);
9 -
балансировочный щиток; 10 - двигатели довыведения и
орбитального маневрирования;
11 - РДТТ САС; 12 - хвостовой блок
двигателей ориентации |
Предполагалось, что после запуска
(МТК-ВП
располагался сверху РН) и работы на орбите корабль входит в плотные слои
атмосферы с некоторым углом атаки и, используя небольшое аэродинамическое
качество, совершает "скользящий" управляемый спуск, используя для балансировки и
управления воздушные и газодинамические рули. Максимальное значение бокового
маневра при спуске
плюс/минус 800 км. Вертикальная
скорость посадки гасится парашютной системой, вводимой в действие на высоте 12
км при скорости 250 м/с. Остаточная вертикальная скорость гасится двигателями
мягкой посадки, горизонтальная скорость - выдвигаемыми опорами-амортизаторами.
Проблему малого гиперзвукового аэродинамического качества, и соответственно,
малой боковой дальности конструкторы к маю 1976 года решили размещением
треугольных наплывов на корпусе, увеличивающихся к хвосту.
Расчетная боковая дальность корабля с таким треугольным в сечении корпусом
возрастала до 1800 км. Предлагалось два способа посадки
МТК-ВП - вертикально на
выдвигающиеся перед посадкой опоры с гашением боковой скорости или без гашения
боковой скорости с посадкой на опоры-лыжи с небольшим скользящим пробегом после
посадки. Именно похожую схему парашютной посадки с гашением двигателями РДТТ
боковой скорости предложено использовать в бескрылом варианте нового
шестиместного многоразового космического корабля
"Клипер".
МТК-ВП имел серьезное преимущество -
отсутствовали крылья, большую часть времени бывшие паразитной массой. К
достоинствам предложенной схемы можно также отнести следующее:
- имелся серьезный практический задел по
спускаемым аппаратам с небольшим аэродинамическим качеством (КК "Союз",
боеголовки баллистических ракет);
- имелись и давно использовались в
Воздушно-десантных войсках сложные парашютные системы (с тормозными РДТТ),
позволяющие осуществлять мягкую посадку тяжелых объектов;
- снимались жесткие требования по точности
приземления;
-
отпадала
необходимость в дорогой и сложной наземной инфраструктуре (в первую очередь
аэродромов);
- конструкция космического корабля без крыльев и
оперения по сравнению с крылатым ОК конструктивно является более простой и
легкой при равной прочности, имеет меньшую омываемую площадь (что снижает
массу теплозащиты), более простые алгоритмы управления, что в конечном итоге,
по замыслу авторов проекта, должно было привести к большей эффективности в
эксплуатации
Но
МТК-ВП имел и серьезные недостатки. В первую очередь
высокую температуру нагрева поверхности при спуске (до +19000С),
что делало проблематичным его многоразовость, и длительный цикл послеполетного
восстановления. Недаром впоследствии Лозино-Лозинский
отзывался о МТК-ВП как о "полумногоразовом".
9 января 1976 года Генеральный конструктор НПО "Энергия"
Валентин Глушко
утверждает "Техническую справку", содержащую сравнительный анализ нового
варианта корабля - "ОК-92", который стал дальнейшим
продолжением
ОС-120, но имел два главных принципиальных отличия - у
него отсутствовали маршевые кислородно-водородные двигатели (они были перенесены
на центральный блок РН), но появились
два
воздушно-реактивных двигателя (ВРД) для обеспечения возможности
самостоятельных полетов в атмосфере. Это обуславливалось тем, что все аэродромы
для посадки "Бурана" расположены на территории бывшего СССР,
поэтому в течении суток имелись витки, посадка с которых невозможна. Из этой
ситуации могло быть два принципиальных выхода: расширить количество аэродромов (но
"Буран" создавался как военный объект, а стратегические союзники были
расположены "компактно" к границам СССР, Куба же была
слишком близка к территории потенциального противника), либо повысить
энерговооруженность атмосферного участка за счет установки
ВРД. Конструкторы выбрали второй путь. И хотя
новый вариант имел "родимые пятна" ОС-120 в виде
раздельной двигательной установки и токсичных компонентов топлива, это был шаг
вперед.
После выхода Постановления
N132-51 разработку планера корабля, средств воздушной транспортировки элементов
МКС и системы автоматической посадки поручили специально организованному
НПО "Молния", которое возглавил
Глеб Лозино-Лозинский.
НПО "Молния" (совместно с ЦАГИ) сразу
же предложила свои варианты: корабль "305-1" (см. рис. ниже)
со схемой "несущий корпус" на основе увеличенного в четыре раза
орбитального самолета "Спираль"
и крылатый вариант "305-2", близкий к варианту ОК-92. В
конечном итоге
ОК-92 и был принят для дальнейшей проработки, в ходе
которой он сначала поменял один мощный РДТТ экстренного отделения от РН на два
небольших по бокам хвостовой части, а затем "лишился" и их. ВРД (двухконтурные
турбовентиляторные Д-30КП - модифицированные двигатели,
широко используемые на дальнемагистральном пассажирском самолете Ил-62М)
на боковых пилонах были перенесены наверх, по разные стороны от киля с заменой
их на ТРД АЛ-31, и размещены в полуутопленных
мотогондолах, но впоследствии были сняты и в полете "Бурана"
не участвовали. Двигатели корабля были переведены на кислородно-керосиновое
топливо и скомпонованы в объединенную двигательную установку. В
ходе дальнейших проработок ракеты-носителя с целью повышения надежности за счет
"горячего" резервирования (возможность выключения аварийного двигателя и
дросселирования оставшихся) количество кислородно-водородных двигателей на
центральном блоке было увеличено с трех до четырех, что позволило снизить тягу
каждого с 250 до 190 тс. В то же время общая тяговооруженность всего комплекса
была повышена за счет увеличения тяги кислородно-керосиновых двигателей боковых
блоков с первоначальных 600 тс до 740 тс.
Сравнение варианта "305-1" (на переднем
плане; реконструкция Андрея Маханько совместно с
web-мастером)
и орбитального корабля "Буран" |
Сравнение многоразовых космических систем: с
вариантом "305-1" (слева; реконструкция Андрея Маханько совместно с
web-мастером)
и с "Бураном" |
Так могла бы выглядеть многоразовая
космическая система с вариантом орбитального корабля "305-1"
(реконструкция Андрея Маханько совместно с
web-мастером)
на стартовом комплексе |
Параметры всех конкурирующих вариантов МКС,
рассматривавшихся в НПО "Энергия" в период 1975-1976 гг., наряду с
"тогдашними" известными нашим проектантам параметрами шаттла,
приведены в сводной таблице:
Характеристики |
МКС с ОС-120
на 29.07.1975 |
МКС с ОК-92 |
МТК-ВП
на 01.05.1976 |
Спейс Шаттл
на 20.12.1975 |
на 09.01.1976 |
на 01.05.1976 |
М н о г о р а з о
в а я к о с м и ч е с к а я с и с т е м а
в ц е л о м |
Стартовая масса МКС, т |
2380 |
2380 |
2410 |
2380 |
2000 |
Суммарная тяга двигателй при старте, тс |
2985 |
2985 |
3720 |
4100 |
2910 |
Начальная
тяговооруженность |
1,25 |
1,25 |
1,54 |
1,27 |
1,46 |
Максимальная высота на
старте, м |
56,0 |
56,0 |
73,58 |
56,1 |
Максимальный поперечный
размер, м |
22,0 |
22,0 |
16,57 |
23,8 |
Время подготовки к
очередному полету, сутки |
14 |
14 |
н/д |
14 |
Многократность применения:
-
орбитальный корабль
-
I
ступень
- центральный блок |
до 100 раз с заменой ДУ через 50 полетов
до 20 раз
1 |
до 100 раз
до 20 раз
1 (с потерей двигателей
II ступени) |
н/д
до 20 раз
1 (с ДУ
II
ступени) |
100 раз с заменой ДУ через 50 п-тов
до 20 раз
1 |
Затраты на один полет (без амортизации орбитального корабля),
млн. руб. (долл.) |
9,8 |
15,45 |
н/д |
н/д |
$10,5 |
Начало ЛКИ:
I
ступени в составе РН 11К77 ("Зенит")
кислородно-водородного блока
II
ступени в составе МКС с грузовым транспортным контейнером
автономные испытания ОК
в атмосфере
МКС в целом |
1978 год
1981 год
1981 год
1983-85 годы |
1978 год
1981 год
1981 год
1983-84 годы |
1978 год
1981 год
-
1983 год |
4 кв. 1977 г.
3 кв. 1979 г. |
Стоимость разработки, млрд. руб. (долл.) |
6,1 |
5,7 |
н/д |
н/д |
$5,5 |
Р а к е т а
- н о с и т е л ь |
Обозначение |
РЛА-130 |
РЛА-130 |
РЛА-130 |
РЛА-130В |
|
Компоненты и масса
топлива:
I ступень (жидкий О2 + керосин РГ-1), т
II
ступень (жидкий О2 + жидкий
H2), т |
4×330
720 |
4×330
720 |
4×310
800 |
6×250
455 |
984 (масса ТТУ)
707 |
Размеры блоков
ракеты-носителя:
I ступень, длина×диаметр, м
II
ступень, длина×диаметр, м |
40,75×3,9
н/д
× 8,37 |
40,75×3,9
н/д × 8,37 |
25,705×3,9
37,45×8,37 |
45,5×3,7
н/д × 8,50 |
Двигатели:
I ступень: ЖРД
(КБЭМ НПО "Энергия")
тяга: на уровне моря,
тс
в вакууме, тс
удельный импульс, на уровне моря, сек
в вакууме, сек
РДТТ (I
ступень у "Шаттла"):
тяга, на уровне
моря, тс
удельный импульс, на уровне моря, сек
в вакууме, сек
II ступень: ЖРД разработки КБХА
тяга, в вакууме,
тс
удельный импульс, на уровне моря, сек
в вакууме, сек |
РД-123
4×600
4×670
305
340
11Д122
3×250
353
450 |
РД-123
4×600
4×670
305
340
11Д122
3×250
353
450 |
РД-170
4×740
4×806
308,5
336,2
РД-0120
4×190
349,8
452 |
РД-123
6×600
6×670
305
340
11Д122
2×250
353
450 |
2×1200
240
270
SSME
3×213
365
455 |
Продолжительность
активного участка выведения, сек |
н/д |
н/д |
н/д |
540 |
н/д |
О р б и т а л ь н
ы й к о р а б л ь |
Размеры орбитального
корабля:
общая длина, м
максимальная ширина корпуса, м
размах крыла, м
высота по килю, м
размеры отсека полезного груза, длина×ширина, м
объем гермокабины экипажа, м3
объем шлюзовой камеры, м3 |
37,5
5,5
22,0
17,4
18,5×4,6
70
н/д |
34,5
5,5
22,0
15,8
18,5×4,6
70
н/д |
34,0
8,0
н/д
н/д × 5,5
55
7 |
37,5
5,5
23,8
17,3
18,3×4,55
70
н/д |
Стартовая масса корабля
(с РДТТ САС), т |
155,35 |
116,5 |
н/д |
- |
Масса корабля после
отделения РДТТ САС, т |
119,35 |
92 |
98 |
88 |
111 |
Масса полезного груза, выводимого ОК на орбиту высотой 200
км и наклонением:
I=50,7њ
, т
I=90,0њ
, т
I=97,0њ
, т |
30
20
16 |
30
20
16 |
30
н/д
н/д |
26,5
18
14 |
Максимальная масса
полезного груза, возвращаемая с орбиты, т |
20 |
20 |
20 |
14,5 |
Посадочная масса корабля, т |
89,4 |
67-72 |
66,4 |
84
(с
грузом 14,5т) |
Посадочная масса корабля
при аварийной посадке, т |
99,7 |
82 |
н/д |
н/д |
Сухая масса орбитального
корабля, т |
68 |
51 |
79,4 |
68,1 |
Запас топлива и газов, т |
н/д |
10,5 |
6,6 |
12,8 |
Запас характеристической скорости, м/с |
450 |
320 |
500 |
320 |
Тяга
корректирующе-тормозных двигателей, тс |
н/д |
2х14=28 |
2х8,5=17,0 |
н/д |
Тяга двигателей
ориентации, тс |
40×0,4
16×0,08 |
в носовой части 16×0,4 и
8×0,08
в хвостовой части 24×0,4
и 8×0,08 |
впереди 18×0,45
сзади 16×0,45 |
н/д |
Время пребывания на
орбите, сутки |
7-30 |
7-30 |
н/д |
7-30 |
Боковой маневр при
спуске с орбиты, км |
+2200 |
+2200
(с учетов ВРД
+5100) |
+800:1800 |
+2100 |
Тяга воздушно-реактивных двигателей |
- |
Д-30КП, 2×12 тс |
АЛ-31Ф, 2×12,5 тс |
- |
- |
Возможность посадки орбитального корабля на территорию своей страны с
Нкр=200км (~ 16 витков в сутки):
i
= 28,5њ
i
= 50,7њ
i
= 97њ |
Посадка на ВПП старта
-
с
семи витков, кроме 6-14
с пяти витков, кроме
2-6,10-15 |
Посадка на любые аэродромы гражданского воздушного флота 1 класса
-
со всех витков, кроме 8,9
со всех витков |
Посадка на подготовленные грунтовые спецплощадки
Ø
5км
-
со всех витков, кроме 8,9
со всех витков |
Посадка на базах Эдвардс, Канаверал, Ванденберг
с
девяти витков, кроме 7-13
-
с десяти витков, кроме
2-4, 9-12 |
Потребная длина и класс
посадочной полосы |
4 км, специальная ВПП |
2,5-3 км, все аэродромы
1 класса |
Спец.площадка
Ø 5км |
4 км, специальная ВПП |
Посадочная скорость
орбитального корабля, км/ч |
340 |
310 |
посадка на парашютах |
325 |
Двигатели системы аварийного спасения (САС), тип и тяга, тс
масса топлива, т
масса снаряженного двигателя, т
удельный импульс, на земле/в вакууме |
РДТТ, 2×350
2×14
2×18-20
235/255
сек |
РДТТ, 1×470
н/д
1×24,5
н/д |
РДТТ, 1×470
н/д
1×24,5
н/дн/д |
- |
Экипаж, чел. |
3-9 |
3-9 |
3-9 |
3-9 |
Средства для
транспортировки орбитального корабля и летной отработки: |
Ан-124 (проект) |
Ан-22 или автономно |
Ан-22, 3М или автономно |
н/д |
Боинг-747 |
Приведенные в таблице
значения уточнялись в ходе дальней разработки и поэтому отличаются от
параметров МКС "Энергия-Буран".
Горизонтальные полеты на внешней подвеске
самолета-носителя "Боинг-747"
без учета стоимости разработки тяжелого транспортного самолета типа
Ан-124
здесь и далее "н/д"
обозначает "нет данных"
Внимание! В таблице приведены не реальные параметры системы "Space
Shuttle", а параметры,
которые были известны нашим проектантам в 1975 году. |
Эволюция
проектов советской многоразовой космической системы:
Эти и другие доработки сделали "Буран"
в конце концов таким, каким его узнал весь мир
осенью 1988 года.
В итоге был создан корабль с уникальными характеристиками, способный доставить
на орбиту груз массой 30 т и вернуть на Землю 20 т. Имея возможность взять на
борт экипаж из 10 человек, он мог весь полет выполнять в автоматическом режиме.
Но мы не будем подробно останавливаться на описании "Бурана",
ведь ему и посвящен весь
наш сайт, для нас важнее другое - еще до его
полета конструкторы уже думали о разработке многоразовых кораблей следующего
поколения.
Но
сначала упомянем о проекте одноступенчатого воздушно-космического самолета,
прорабатывавшегося в НИИ-4 (затем ЦНИИ-50) Министерства
обороны группой под руководством Олега Гурко. Первоначальный проект
аппарата был оборудован силовой установкой, состоящих из нескольких
комбинированных прямоточных жидкостных ракетных двигателей, использующих на
этапах атмосферного полета (взлет и посадка) атмосферный воздух в качестве
рабочего тела. Основное отличие прямоточных ЖРД от классических ПВРД (прямоточных
воздушно-реактивных двигателей) заключалось в том, что если в ПВРД набегающий
поток воздуха сначала сжимается за счет кинетической энергии набегающего потока,
а затем разогревается при сжигании топлива и выполняет полезную работу, истекая
через сопло, то в прямоточном ЖРД воздух разогревается струей ЖРД, помещенного в
воздушный тракт прямоточного двигателя. Помимо многорежимности (и возможности
работы в безвоздушном пространстве как обычный ЖРД) комбинированный ЖРД на
атмосферном участке создает дополнительную тягу за счет возникновения
инжекционного эффекта. В качестве топлива предусматривался жидкий водород.
В 1974 году у Гурко возникла новая техническая идея, позволяющая существенно
снизить расход топлива за счет размещения в воздушном тракте теплообменника,
нагревающего воздух теплом от бортового ядерного реактора.
Благодаря такому техническому решению появилась возможность в принципе исключить
расход топлива при полете в атмосфере и соответствующие выбросы в атмосферу
продуктов сгорания.
Окончательный вариант аппарата, получивший обозначение МГ-19 (Мясищев-Гурко,
М-19, "гурколет"), был выполнен по схеме несущий корпус,
обеспечивающей высокое весовое совершенство аппарата, и был оснащен
комбинированной двигательной установкой в составе ядерного реактора и
комбинированного прямоточного водородного ЖРД.
В первой половине 1970-х годов МГ-19 рассматривался как
серьезный конкурент МКС "Энергия-Буран", однако ввиду меньшей степени проработки
и большей степени технического риски при реализации, а также из-за отсутствия
зарубежного аналога, проект МГ-19 дальнейшего развития не получил. Тем не менее
этот проект до сих пор не рассекречен, и информация о нем и по сей день крайне
скудна.
"После-бурановские" проекты.
Многоцелевая авиационно-космическая система
(МАКС)
В
1981-82 гг. в
НПО "Молния" был предложен проект
авиационно-космической системы "49" в составе самолета-носителя Ан-124 "Руслан",
выполнявшего роль I ступени - воздушного космодрома, и II ступени в составе
двухступенчатого ракетного ускорителя и пилотируемого орбитального самолета,
выполненного по схеме "несущий корпус". В 1982 году появляется новый проект - "Бизань"
и его беспилотный аналог "Бизань-Т", отличающийся от "49" одноступенчатым
ракетным ускорителем. Начало эксплуатации самого большого и грузоподъемного
самолета в мире Ан-225 "Мрия" позволило
"Молнии"
разработать проект
Многоцелевой
авиационно-космической системы (МАКС), где роль I ступени выполняет
дозвуковой самолет-носитель "Мрия", а вторая ступень образована орбитальным
самолетом, "сидящим верхом" на сбрасываемом топливном баке. "Изюминкой" проекта
является применение двух маршевых трехкомпонентных ЖРД
РД-701 на орбитальном самолете
и дифференциально отклоняемые консоли крыла, как у
орбитального самолета "Спираль".
НПО "Энергия", используя задел по
МКС "Энергия-Буран", также предложило целый ряд частично
или полностью многоразовых ракетно-космических систем с вертикальным стартом с
использованием РН "Зенит-2", "Энергия-М" и многоразовой крылатой разгонной
ступени вертикального старта на базе "Бурана". Наибольший интерес вызывает
проект полностью многоразового носителя ГК-175 ("Энергия-2")
на базе РН "Энергия" со спасаемыми крылатыми блоками обеих ступеней.
Также в НПО "Энергия" велись
работы и над перспективным проектом одноступенчатого воздушно-космического
самолета (ВКС).
Конечно,
отечественные
авиационные фирмы не могли отстать и предложили свои концепции многоразовых
транспортных космических систем в рамках научно-исследовательской темы "Орел"
под эгидой Росавиакосмоса по созданию
РАКСа - Российского авиакосмического самолета.
Одноступенчатая "туполевская" разработка получила индекс Ту-2000,
двухступенчатая "микояновская" - МиГ АКС.
Но в истории нашей космонавтики
существовали и бескрылые многоразовые спускаемые аппараты с малым
аэродинамическим качеством, использовавшиеся в составе
одноразовых
космических кораблей и орбитальных станций. Наибольшего успеха в создании таких
пилотируемых аппаратов достигло ОКБ-52 Владимира Челомея. Отказавшись
участвовать в разработке "Бурана", Челомей начал в инициативном порядке
разрабатывать собственный крылатый корабль ЛКС (Легкий космический самолет) "малой"
размерности со стартовым весом до 20 т под свой
носитель "Протон". Но программа ЛКС не получила
поддержки, и в ОКБ-52 продолжили разработку трехместного возвращаемого аппарата
(ВА) в многоразовом исполнении для использования в составе транспортного корабля
снабжения (ТКС) 11Ф72 и военной орбитальной станции "Алмаз" (11Ф71).
ВА имел стартовую массу 7,3 т, максимальные длину 10,3 м и диаметр 2,79 м. Масса
аппарата на орбите после сброса аварийной двигательной установки - более 4,8 т,
при спуске с орбиты - около 3,8 м. Суммарный "обитаемый" объем ВА - 3,5 м3.
Максимальная масса возвращаемого полезного груза при запуске ТКС с экипажем - до
50 кг, без экипажа - 500 кг. Время автономного полета ВА по орбите - 3 час;
максимальное время нахождения экипажа в ВА - 31 час.
Оборудованный неотделяемым лобовым теплозащитным экраном и запущенный на орбиту
второй раз 30 марта 1978 года под обозначением "Космос-997" (первый полет - 15
декабря 1976 года под именем "Космос-881"), именно ВА Челомея 009А/П2 стал
первым в мире многоразовым космическим аппаратом. Однако по настоянию
Д.Ф.Устинова программа "Алмаз" была закрыта, оставив обширный задел,
использующийся и сегодня при изготовлении модулей российского сегмента МКС.
С начала 1985 года подобный
проект -
многоразовый космический корабль "Заря" (14Ф70) -
разрабатывался и в НПО "Энергия" под
ракету "Зенит-2". Аппарат состоял из многоразового
корабля, по форме напоминавшего увеличенный спускаемый аппарат корабля "Союз",
и сбрасываемый перед сходом с орбиты одноразовый навесной отсек. Корабль "Заря"
имел диаметр 4,1 м, длину 5 м, максимальную массу около 15 т при выведении на
опорную орбиту высотой до 190 км и наклонением 51,60, в том числе
массу доставляемых и возвращаемых грузов соответственно 2,5 т и 1,5-2 т при
экипаже из двух космонавтов; 3 т и 2-2,5 т при полете без экипажа, или экипажа
до восьми космонавтов. Возвращаемый корабль мог эксплуатироваться в течение
30-50 полетов. Многоразовость достигалось за счет применения
"бурановских" теплозащитных материалов и новой схемы
вертикальной посадки на Землю с помощью многоразовых ЖРД для гашения
вертикальной и горизонтальной скоростей посадки и сотового амортизатора корпуса
корабля для исключения его повреждений. Отличительной
особенностью
"Зари" было размещение посадочных двигателей (24 ЖРД
тягой 1,5 тс каждый, работающих на компонентах перекись водорода - керосин, и 16
однокомпонентных ЖРД тягой 62 кгс каждый для управления спуском) внутри прочного
корпуса корабля.
Проект "Зари" был доведен до стадии завершения выпуска
рабочей документации, но в январе 1989 года был закрыт из-за отсутствия
финансирования.
Логика развития пилотируемой
космонавтики и экономические реалии России поставили задачу разработки нового
пилотируемого корабля - вместительного, недорогого и
эффективного транспортного средства для ближнего космоса. Таким и стал проект
космического корабля "Клипер", вобравшего в себя опыт проектирования
многоразовых кораблей. Будем надеяться, что у России хватит разума (а главное,
средств!) реализовать новый проект и "Клипер" не разделит судьбу своих
предшественников, а будет долго и надежно служить нашей космонавтике.
*
* *
* *
Текст
этой страницы был написан в 2004-м году. К сожалению, проект "Клипер"
разделил бесславную судьбу своих крылатых предшественников. Как это
случилось - подробности смотри в
отдельном разделе "Клипер".
Смотри также:
-Описание разработки
ОК "Буран" в книге "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени
С.П.Королева: 1946-1996".
- статью С.В.Андреева "Развитие
многоразовых космических кораблей";
- статью "Проект Спираль"
В.Лебедева;
- статью "Как родился
проект "Энергия-Буран", автор -
В.Гладкий;
- статью "Многоразовый корабль с вертикальной
посадкой" И.Афанасьева;
-
фоторепортаж самолет-аналог
БТС-02 ГЛИ на авиасалоне МАКС-99;
- "летающие
аналоги ОК "Буран" и рассказ о передаче в
лизинг БТС-02 и репортаж об отправке
При создании этой страницы были использованы
материалы из статьи С.Александрова "Вершина" в журнале "Техника Молодежи",
N2/1999 стр 17-19, 24-25
|