Звездные войны<< Война суперкомпьютеров? | Оглавление | Аббревиатуры | ВПК и "звездные войны" >>
КОСМИЧЕСКИЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ
Необходимым компонентом космической ПРО является транспортная система, способная доставить на околоземные орбиты многочисленные боевые платформы, спутники наблюдения и управления и обеспечить профилактику и ремонт этих аппаратов. Одним из самых сложных требований к космической транспортной системе является большой грузооборот. Действительно, одна боевая платформа с фтор-водородным лазером мощностью 60 МВт, по оценкам специалистов, должна иметь массу около 800 т (из них 700 т - масса топливной смеси) [24]. А ведь для целей ПРО на орбиту нужно будет вывести десятки таких платформ - и это только часть всей системы! Ясно, что грузооборот будет исчисляться десятками тысяч тонн. Какими возможностями в связи с этим обладает американская космонавтика?
СИСТЕМА "СПЕЙС ШАТТЛ"
Это многоразовая транспортная космическая система базируется на разновидности воздушно-космического корабля (ВКК), т. е. летательного аппарата, предназначенного для полета в космическом пространстве и в атмосфере. Взлет ВКК может происходить с помощью самолета-носителя, либо "по-ракетному" вертикально вверх с помощью стартовых ускорителей (бустеров), либо "посамолетному" с взлетной полосы аэродромов с помощью специальной реактивной тележки. В этом случае, а иногда и в первых двух ВКК называют воздушно-космическим самолетом (ВКС).
Созданию американского "Шаттла" предшествовала разработка и испытание нескольких гиперзвуковых самолетов-ракет: Х-15, Х-20, Х-24. Ракетоплан Х-15 (1959-1968 гг.) стартовал с борта самолета-носителя Б-52 на высоте 9-12 км, а затем за 90 с работы двигателя разгонялся до скорости 2 км/с и достигал в баллистическом полете высоты 108 км. Ракетопланы Х-20 и X-24 были рассчитаны для орбитального или суборбитального полета и использования в качестве носителя самолета Б-52 или ракеты "Титан-1".
Многоразовый транспортный космический корабль (МТКК) "Спейс шаттл" с 1981 г. стал первым реализованным ВКК. Размер и масса его ступеней приведены в табл. 2.
| Таблица 2 | ||||
| Параметры | Орбитальная | Внешний | Твердотопливный | Весь |
|---|---|---|---|---|
| ступень | топливный | ускоритель | аппарат | |
| бак | (один) | в сборе | ||
| Длина, м | 37 | 47 | 46 | 56 |
| Диаметр или размах крыльев, м | 24 | 8,4 | 3,7 | 24 |
| Масса конструкции, г | 69 | 32 | 78 | 257 |
| Масса в загруженном состоянии, т | 115 | 745 | 590 | 2040 |
| Суммарная тяга двигателей, т | 600 | - | 1300 | 3200 |
В носовой части "шаттла" расположены жилые помещения: кабина пилотов (3 человека) и пассажирская кабина (до 5 человек). Большую часть корпуса занимает негерметичный грузовой отсек: 18,3 м в длину и 4,5 м в диаметре. В этом отсеке корабль может поднять 29,5 т полезной нагрузки (ПН) при запуске с мыса Флорида на низкую круговую орбиту или 15 т при запуске на полярную орбиту. С орбиты на Землю корабль может вернуть 14,5 т груза. Для операций с ПН внутри грузового отсека и вблизи корабля используется дистанционный манипулятор длиной 15,2 м, укрепленный на кромке грузового отсека и управляемый из кабины экипажа.
Этот корабль можно считать двухступенчатым: первую ступень составляют два твердотопливных ускорителя, а вторую, орбитальную, ступень - сам ракетоплан с прикрепленным к нему внешним топливным баком. В хвостовой части "шаттла" установлены 3 основных ракетных двигателя, работающих на жидком водороде и жидком кислороде, запасенных в подвесном баке. В основании хвостового оперения корабля в двух отдельных отсеках находятся два двигателя орбитального маневрирования. Они обеспечивают тягу 2,7 т, а их топливо (10,9 т диметилгидразина и азотной кислоты) размещается в самом ракетоплане. Кроме этого, в носовом и хвостовом отсеках "шаттла" расположены многочисленные двигатели ориентации.
Старт корабля происходит вертикально: включаются три основных двигателя и два твердотопливных ускорителя. Через 2 мин на высоте 45 км ускорители заканчивают работу и отделяются. Продолжая движение по баллистической траектории, они достигают высоты около 70 км, а затем, падая на парашютах, приводняются в океан на расстоянии 260 км от места старта. Через 8 мин после старта на высоте около 113 км отключаются основные двигатели корабля и отделяется внешний топливный бак. Он падает в океан, частично разрушаясь в плотных слоях атмосферы.
Орбитальная ступень продолжает самостоятельный полет и с помощью двигателей орбитального маневрирования выходит сначала на промежуточную эллиптическую орбиту (перигей 110 км, апогей 280 км), а затем на круговую высотой около 300 км. Это основная рабочая орбита "шаттла". Максимальная высота его полета около 1100 км. Продолжительность работы на орбите обычно составляет неделю, но в аварийном режиме может достигать одного месяца.
Для схода с орбиты корабль ориентируется хвостовой частью вперед и на 2 мин включает двигатели маневрирования, создающие тормозной импульс. На высоте 150 км корабль разворачивается носом вперед и, используя свои аэродинамические свойства, сначала активно тормозится, а затем планирует в атмосфере. Он может совершать боковой маневр на расстояние до 2000 км от своего начального курса, что необходимо для посадки на запасные аэродромы. Посадка происходит с помощью шасси самолетного типа на взлетно-посадочную полосу со скоростью 330 км/с.
В осуществленных полетах "шаттла" на орбиту было выведено несколько спутников военного назначения, отрабатывались операции по ремонту и дозаправке ИСЗ на орбите, проводились эксперименты по лазерной локации с Земли движущихся в космосе мишеней. Пентагон и дальше намерен выполнять с помощью "шаттла" операции военного характера: доставлять на орбиту ИСЗ различного назначения, обслуживать, ремонтировать и дозаправлять военные спутники и космические элементы системы ПРО, вести разведку, перехват и инспекцию космических устройств, осуществлять сборку на орбите крупногабаритных объектов военного назначения, проводить натурные испытания в области динамики полета на гиперзвуковых скоростях в интересах создания военных воздушно-космических аппаратов [33]. В принципе "шаттл" может быть использован и как носитель оружия для уничтожения космических объектов, для постановки космических мин, для нанесения ударов по особо важным объектам на Земле.
Существующая модель "шаттла" постоянно дорабатывается: после катастрофы "Челленджера" ведутся поиски возможностей аварийного спасения экипажа, рассматриваются варианты разгона подвесного топливного бака до первой космической скорости, с тем чтобы использовать его в составе орбитальных комплексов. Для улучшения характеристик "шаттла" НАСА планирует создать аппарат OMV (Orbital Maneuvering Vehicle). Это беспилотный межорбитальный буксир для перевода спутников с низкой орбиты "шаттла" на орбиту высотой до 2500 км (именно в этом диапазоне высот предполагается разместить боевые платформы космической ПРО) и для возвращения полезной нагрузки обратно к "шаттлу". Аппарат OMV имеет цилиндрическую форму диаметром 4,5 м, что как раз соответствует грузовому отсеку "шаттла".
В НАСА разрабатывается и вторая модель "шаттла", которая должна быть дешевле, надежнее и экономичнее первой. Ее грузоподъемность предполагается не более 20 т при стоимости запуска 20-30 млн. долл. (а не 100 млн. долд, как сейчас). Переход на новые материалы и, возможно, на новое кислородно-углеводородное топливо позволит приблизить вес ПН к сухому весу конструкции корабля. Схема запуска (вертикальный или горизонтальный) пока не ясна. Новая модель должна быть испытана после 2002 г.
В СССР был создан и в 1988 г. успешно испытан аналог американского "шаттла" - космическая транспортная система "Энергия-Буран". В некоторых отношениях эта система даже превосходит "шаттл"; однако развал СССР привел к тому, что система "Энергия-Буран" не была доведена до рабочего состояния [57].
Надеются создать свой "шаттл" и страны Западной Европы. Этот проект финансируется в основном Францией (45%) и ФРГ (30%). Многоразовый корабль, получившия имя "Гермес", будет выводиться на орбиту как последняя ступень ракеты-носителя "Ариан-5". Его длина 16 м, высота 6 м, размах крыльев 10 м. Экипаж корабля до 6 человек находится в носовой части аппарата, а ПН массой около 5 т загружается в отсек длиной 5 м и диаметром 3 м. Сухая масса корабля 9 т, а стартовая масса 17-20 т. "Гермес" сможет находиться в автономном полете 1-4 недели, а в состыкованном положении с орбитальной станцией - до 3 месяцев. При посадке протяженность его спуска в атмосфере составит 10 тыс. км, а боковая дальность полета - до 2,5 тыс. км. Такой аппарат вполне можно использовать для обслуживания космических элементов системы ПРО, но как грузовой корабль он существенно уступает американскому "шаттлу". Уменьшенный вариант корабля "Гермес" с ракетой-носителем "Н-2" разрабатывается в Японии.
ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКИЕ САМОЛЕТЫ
Используя опыт разработки гиперзвуковых самолетов и "шаттла", американские инженеры ищут возможность дальнейшего развития концепции воздушно-космического аппарата. Система "Спейс шаттл" не оправдала возлагавшихся на нее надежд. Ожидалось, что к началу 80-х годов "шаттл" заменит все одноразовые носители, будет совершать до 50 полетов в год, причем стоимость доставки грузов будет 220 долл. за 1 кг (по курсу 1971 г.). Однако в 1985 (последнем безаварийном) году "шаттл" совершил лишь 10 полетов, причем стоимость подъема 1 кг груза была не менее 11 тыс. долл., или 4400 долл. по курсу 1971 г., т. е. в 20 раз больше первоначальной оценки! Поэтому продолжаются поиски более дешевого космического транспорта, который бы снизил затраты на подъем груза как минимум в 10 раз.
Ближайшей задачей является испытание ВКС "X-30", способного совершать полеты в атмосфере на высотах 25-46 км и выводить в космос ПН [58]. По габаритам этот аппарат аналогичен пассажирскому авиалайнеру DC-9: длина 32 м, размах крыла 27 м, высота 8 м. Это автономный одноступенчатый аппарат, способный стартовать и садиться на аэродроме. При экипаже в 2 человека он, вероятно, будет иметь грузоподъемность 5 т. Основная проблема заключается в создании для него комбинированной двигательной установки. При взлете должен работать обыкновенный турбореактивный двитатель; при скоростях от 2 М до 5 М потребуется прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД), а при больших скоростях (от 5 М до орбитальной скорости 25 М) можно использовать проектирующийся гиперзвуковой ПВРД (ГПВРД). Во время полета в атмосфере в качестве окислителя он будет использовать атмосферный кислород, а за пределом атмосферы - криогенное топливо (Н2 + O2).
Как почти все основные компоненты программы СОИ, ВКС должен найти применение в народном хозяйстве. На его базе решено создать гражданский гиперзвуковой транспортный самолет "Восточный экспресс" (X-31), который при вместимости 300-500 пассажиров будет более быстрым и более выгодным в экономическом отношении, чем сверхзвуковой "Конкорд" на линиях типа Токио - Вашингтон. Испытания "Х-30" предполагается начать в 1993 г.
В других капиталистических странах также идет работа над созданием ВКС. В Англии проектируется одноступенчатый аппарат "Хотол" с горизонтальными стартом и посадкой. Длина этого аппарата около 55 м, размах крыла 17 м, взлетный вес 196 т, вес на орбите 43 т. В отсеке полезной нагрузки размером 8 х 4,3 м разместится 7 т груза. Комбинированная силовая установка "Хотола" состоит из основных кислородно-водородных ЖРД и воздушно-реактивных двигателей, которые на первом этапе полета будут использовать атмосферный кислород. У аппарата нет подвесных баков: весь запас жидкого топлива разместится внутри фюзеляжа и займет почти весь его объем. Ожидается, что стоимость выведения 1 кг груза будет вдвое меньше, чем у системы "Спейс шаттл". Отличительной особенностью аппарата "Хотод" должна стать быстрая подготовка к полету, что особенно ценно для военного применения. Начало эксплуатации аппарата намечено на 2004 г. Над проектами подобных ВКС работают также в Японии и ФРГ.
Западногерманский концерн "МВБ" разрабатывает проект двухступенчатого ВКС "Зенгер". Этот корабль с экипажем из 2 человек сможет доставить на орбиту 4 т груза или 10 пассажиров и 2 г груза. При этом стоимость доставки 1 кг груза на орбиту будет в 5 раз меньше, чем у системы "Спейс шаттл".
В состав корабля "Зенгер" войдут две крылатые пидотируемые ступени: разгонная ступень обеспечит орбитальной ступени начальную скорость 6 М. Стартовая масса разгонной ступени 350 т, масса топлива в ней 200 т, соответственно посадочная масса ступени 150 т. Ее длина 50 м, а размах крыла 25 м. У разгонной ступени 6 прямоточных двигателей тягой по 40 т, которые обеспечивают взлетную скорость 500 км/ч. Для взлета "Зенгера" подойдет большинство международных аэропортов, поскольку длина его разбега 2500 м, а уровень шума не больше, чем у "Конкорда". В этом смысле ему значительно уступает "Хотол", который требует более длинной полосы для взлета и производит гораздо больше шума своими кислородно-водородными двигателями. Еще одним достоинством проекта "Зенгер" считается то, что на базе его разгонной ступени можно создать гиперзвуковой авиалайнер на 200 пассажиров с дальностью полета 13 тыс. км.
Орбитальная ступень аппарата "Зенгер" имеет стартовую массу 50 т, массу топлива 35 т. Ее длина 25 м, а размах крыла 12 м. Диаметр отсека полезной нагрузки у этого аппарата 4,5 м. В отличие от аппарата "Хотол", для которого требуется спроектировать сложный двухрежимный двигатель, для орбитальной ступени "Зенгера" предполагается использовать один кислородно-водородный ЖРД тягой 30-50 т, разработанный для системы "Спейс шаттл". По проекту "Зенгер" предполагается разработать и одноразовую вторую ступень, грузоподъемность которой будет 10 т.
* * *
Уместно задуматься, что сулят подобные летательные аппараты для целей милитаризации космоса? Вообще говоря, они не очень заинтересуют военных. Для задач ПВО гиперзвуковой ракетоплан слишком быстро летает и обладает малой маневренностью: самолет-перехватчик, летающий быстрее 2 М, с успехом можно заменить ракетой. Для целей разведки уже существуют спутники и скоростной высотный самолет SR-71. Как носитель ядерного оружия ВКС слишком дорог: при стоимости 1 млрд. долл. он несет 30 боеголовок, а ракета MX при стоимости 50-100 млн. долл. несет 10 боеголовок. К тому же ВКС недостаточно оперативен в случае ядерного нападения: носитель должен быть в воздухе через 15 мин после получения сигнала о нападении. Стратегический бомбардировщик может это сделать, так как у него обычное топливо, которое можно не сливать из баков самолета, а криогенное топливо ВКС необходимо хранить в специальных резервуарах и заправлять им аппарат непосредственно перед стартом. Но для долговременных военных проектов, таких, как создание космической системы ПРО, многофункциональные сравнительно дешевые ВКС, несомненно, представляют интерес. О степени заинтересованности различных ведомств США в создании ВКС можно судить по их вкладу в финансирование этого проекта: 40% дало министерство обороны, 20% - руководство организации СОИ и 40% - НАСА.
Существуют и другие концепции пилотируемых и беспилотных, орбитальных и суборбитальных ВКА. Так, Пентагон проявляет повышенный интерес к идее создания малоразмерного пилотируемого космического корабля получившего условное название "Спейс крузер" (космический крейсер). Он имеет коническую форму к длину 7,6 м. Считается, что в грузовом отсеке "шаттла" может быть размещено до 8 таких кораблей. "Спеис крузер", обладая возможностью совершать "нырок" в атмосферу, сможет снова выйти на орбиту или совершить парашютную посадку в заданном районе. Используя дополнительные топливные баки, внешнюю полезную нагрузку и помощь межорбитальных буксиров, этот корабль будет способен выполнять широкий круг военных задач.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ОДНОРАЗОВЫЕ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛИ
Как мы видели, огромный грузооборот, необходимый для развертывания космической ПРО, вероятно, окажется не по силам системе "Спейс шаттл" и уж во всяком случае обойдется с ее помощью очень дорого. Перспективные ВКС обладают еще меньшей грузоподъемностью. Поэтому совершенно естественно мысль американских конструкторов вернулась к мощным одноразовым носителям с грузоподъемностью более 30 г. Разработка таких носителей резко ускорилась после катастрофы шаттла "Челленджер".
Сейчас США располагают ракетами средней мощности "Торад-Дельта" (грузоподъемность около 2 т на низкую орбиту, стоимость запуска 60 млн. долл.) и "Атлас-Центавр" (5 т, 80 млн. долл.), а также более мощными "Титан-34Д" (8 т, 100 млн. долл.) и "Титан-4" (18 т, 250 млн. долл.). У последней ракеты, созданной фирмой "Мартин-Мариэтта", головной обтекатель, под которым размещается ПН, имеет длину 26,2 м и диаметр 5,1 м, т. е. существенно превосходит грузовой отсек "шаттла".
Сейчас несколько фирм предлагают министерству обороны США и НАСА проекты мощных носителей на базе системы "Спейс шаттл", но с грузоподъемностью 35-90 т. Это одноразовые или частично возвращаемые носители; их грузоподъемность увеличена за счет отказа от самого ракетоплана-шаттла. Так, фирма "Рокуэлл интернешнл" намерена создать беспилотный носитель HLV (Heavy Lift Vehicle - тяжелая ракета-носитель). Вместо современной орбитальной ступени на нем должна быть установлена крылатая ступень массой 36-41 т с двигателями и системой управления, а ПН будет упакована в отдельный контейнер длиной 24 м и диаметром 5 м и закреплена на орбитальной ступени. Масса ПН при этом может быть доведена до 63 т. Соответственно стоимость доставки на орбиту 1 кг груза снизится в 2-3 раза.
Конкурентом этой ракеты является проект фирмы "Юнайтед текнолоджис", получивший название UPC (Unmanned Payload Carrier - беспилотный носитель полезной нагрузки). В нем используются твердотопливные ускорители и внешний топливный бак от "шаттла". К ним подвешивается отсек ПН длиной 21,9 м и диаметром 6,7 м. К его задней стенке крепится блок двигателей с системой управления, который рассчитан на сход с орбиты и спуск на парашюте. Масса ПН составляет 52 т, а при некоторой модификации системы - до 68 т.
А фирма "Хьюз эйкрафт" предлагает проект ракеты "Джарвис" (названа в честь погибшего при катастрофе "Челленджера" специалиста этой фирмы астронавта Грегори Джарвиса). Энергетические характеристики этой ракеты в 1,5 раза превосходят возможности "шаттла", и она считается самой перспективной тяжелой ракетой 90-х годов. Первой ступенью этой ракеты являются 2 твердотопливных ускорителя от "шаттла", а второй - модифицированный внешний топливный бак "шаттла", с одним ЖРД. Верхняя часть этого бака заменена платформой для полезной нагрузки под обтекателем. Грузоподъемность ракеты "Джарвис" около 40 т.
Таким образом, все варианты тяжелого носителя используют элементы системы "Спейс шаттл". Как известно, твердотопливные ускорители этой системы выделяют огромное количество токсичных газов и наносят большой ущерб атмосфере Земли. Использование их для целей развертывания космической ПРО уже само по себе может привести к экологической катастрофе [34]. В целом можно сделать вывод, что в случае реализации проектов тяжелых носителей и воздушно-космических самолетов проблема транспортировки и обслуживания на орбите элементов космической ПРО может быть решена в начале XXI века.
<< Война суперкомпьютеров? | Оглавление | Аббревиатуры | ВПК и "звездные войны" >>
|
Публикации с ключевыми словами:
оружие космического базирования - военные космические программы - СОИ
Публикации со словами: оружие космического базирования - военные космические программы - СОИ | |
|
См. также:
| |
