Антон Первушин - Битва за звезды-2. Космическое противостояние (часть I)

Проект «Astrorocket»

Параллельно с работами над экспериментальными воздушно-космическими аппаратами «Х-23» и «Х-24» специалисты фирмы «Мартин» несколько лет вели проект двухступенчатой пилотируемой космической системы многократного использования «АР-14Б Астророкет» («AR-14B Astrorocket»), предназначенной для доставки на орбиту высотой 500 километров полезного груза весом 22,7 тонны.

Главные конструктивные параметры системы выбирались с учетом требований экономичности: при 400 полетах на орбиту космическая система «AR-14B» должна быть более экономичной, чем ракета-носитель разового действия, а при 5000 полетов на орбиту — более экономичной, чем любая другая космическая система многократного использования.

Поскольку сама по себе себестоимость «AR-14B» быладовольно высокой, систему делали многоцелевой и способной решать самый широкий спектр задач.

Чтобы максимально использовать имеющееся в наличии оборудование, аппарат «AR-14B» должен был взлетать вертикально с существующих стартовых площадок баллистических ракет и производить горизонтальную самолетную посадку на военные аэродромы. Посадочный вес при выработанном горючем должен был быть в пределах нормы для бетонированных аэродромов.

Проект «Astrorocket AR-14B» — двухступенчатая космическая система с параллельным соединением ступеней. Обе ступени пилотируются экипажем. Сборка производится при горизонтальном положении системы, затем аппарат буксируется на стартовую установку, ставится вертикально и заправляется топливом.

Первая ступень с плоской верхней поверхностью (длина — 49 метров, размах крыла — 23 метра, тяга — 1370 тонн) должна была поднять вторую ступень на высоту 65 километров и вернуться на базу, совершая вход в атмосферу, как ракетоплан «Х-15», и используя четыре турбореактивных двигателя для подхода к аэродрому и посадки.

Вторая ступень с плоской нижней поверхностью (длина — 40 метров, размах крыла — 22 метра) имела кабину, оборудованную для обеспечения жизни экипажа из трех человек в течение недели или более. После выполнения операций в космосе вторая ступень должна была входить в атмосферу по типу орбитального самолета «Дайна-Сор» и производила посадку, используя на малой высоте два турбореактивных двигателя.

Согласно расчетам специалистов фирмы «Мартин», при большой интенсивности космических полетов (если число полетов по трассе Земля-Орбита-Земля будет не менее 4000) расчетная эксплуатационная стоимость доставки груза на орбиту не должна была превысить 100 долларов за килограмм.

На тот же самый сектор рынка космических перевозок, который собиралась завоевать фирма «Мартин», претендовало еще несколько крупнейших авиационных корпораций США.

В 1964 году со своим проектом транспортного космического корабля многоразового использования «Астро» («Astro») выступила компания «Дуглас».

Проект предусматривал выполнение кораблем различных задач в космосе путем осуществления маневров на орбите.

Предполагалось обеспечить высокую надежность летательного аппарата в целом при небольшой стоимости ступеней, безопасное отделение кабины экипажа и грузового отсека в аварийных условиях, возможность посадки на существующие аэродромы США, подготовку к последующему полету в сравнительно небольшое время, а также простоту обслуживания и хорошие перспективы развития.

Обязательным считалось также обеспечение гибкости выполнения задачи без аэродинамических и конструктивных изменений системы.

Характеристики «Астро»: полная масса — около 370 тонн, полезный груз — 16,6 тонны, общая длина — 49,1 метра, длина первой ступени — 29,04 метра, длина орбитальной ступени — 20,74 метра, масса первой ступени при посадке — 32,5 тонны, второй — 14 тонн. Взлет вертикальный, максимальная высота — 550 километров.

Первая ступень — крылатый разгонный аппарат, вторая — крылатый космический корабль, пилотируемый экипажем.

Крылатый разгонный аппарат снабжен одним основным ЖРД «М-1» фирмы «Аэроджет» («Aerojet») и двумя ЖРД «J-2» фирмы «Рокетдайн» («Rocketdyne»), используемыми как верньерные во время работы основного двигателя. Кислородные баки наддуваются гелием, подогретым в теплообмен никах специальной системой. Водородные баки во время ра боты ЖРД наддуваются подогретым водородом, выходящим из двигателя. Двигатели разгонного аппарата работают непре рывно до выключения командой, и повторный запуск не производится.

Крылатый космический корабль (орбитальная ступень) в качестве основного двигателя имеет ЖРД «J-2» и два ЖРД RL-10 фирмы «Пратт энд Уитни» («Pratt and Whitney»). Эти двигатели должны были позволять осуществить повторный запуск при небольшом остатке топлива в баках, поэтому перед каждым повторным запуском для обеспечения нормальных условий при входе в насосы баки должны наддуваться.

Обе ступени аппарата выполнены геометрически подобными, имеют треугольное крыло с модифицированным симметричным профилем, обеспечивающим нулевую подъемную силу и нулевой кабрирующий момент во время разгона аппарата первой ступенью.

Ступени аппарата соединены между собой четырьмя взрывными болтами, пропущенными сквозь специальные фланцы лонжеронов.

Кабина экипажа и полезная нагрузка расположены в носовой части аппарата, чем обеспечивается хороший обзор и быстрое аварийное покидание корабля. Обшивка кабины многослойная, верхнее покрытие из молибдена охлаждается радиационно и не требует абляционной защитной обмазки.

Между верхним покрытием и стенкой кабины имеется слой изолирующего наполнителя, образующий два пространства: первое — между верхним покрытием и изолирующим слоем — продувается охлаждающим газом, во второе — между изолирующим слоем и стенкой кабины — впрыскивается вода, которая охлаждает стенку кабины за счет скрытой теплоты парообразования.

Согласно расчету при входе в атмосферу внутренняя стенка кабины будет иметь предельную температуру 5060° С, а верхнее покрытие — 1220 °C.

Чтобы обеспечить высокую частоту полетов на орбиту при малом количестве аппаратов, цикл наземной подготовки должен быть выбран оптимальным В рамках планируемой стоимости из расчета 240 полетов в год парк должен состоять из 12 разгонных и 24 орбитальных ступеней.

Цикл наземной подготовки каждой разгонной ступени, выполняющей 20 полетов в год, составит 18 суток.

Сборка ступеней космического корабля осуществляется в горизонтальном положении на прицепной транспортной) установке, имеющей подъемное устройство, источник энергии и пусковой стол. Корабль устанавливается соосно с выхлопной отклоняющей системой, затем комбинация «пусковой стол-летательный аппарат» поворачивается в положение для пуска.

Полет космического аппарата «Астро» мыслился его создателям следующим образом. Запуск предполагалось производить с мыса Канаверал в восточном направлении. Через семь секунд после взлета начинается гравитационный поворот, после окончания которого устанавливается угол атаки, соответствующий нулевой подъемной силе и сохраняющийся до выключения двигателей разгонной ступени. Непосредственно перед разделением запускаются двигатели «RL-10» и, когда тяга достигнет максимального значения, взрываются соединительные пироболты. До запуска двигателя «J-2» разгонная ступень должна начать разворот, чтобы уйти от струи.

Разделение происходит на высоте 82 километров на расстоянии 110 километров от места старта. На режиме планирования разгонная ступень может пройти 830 километров до аэродрома посадки; продолжительность полета при этом составит десять минут. Посадочная скорость на максимальной подъемной силе — 163 км/ч.

Космический корабль после отделения от разгонной ступени продолжает выход на орбиту по оптимальной траектории. После выполнения операций на орбите торможением он переводится на траекторию входа в атмосферу и посадки.

Движение по этой траектории происходит с одновременным поворотом аппарата относительно вектора скорости через крыло.

Траектория входа в атмосферу до перехода на режим равновесного планирования может быть разделена на три фазы: вход, переходный режим и режим постоянной высоты.

В фазе входа корабль ориентируется на максимальный тангаж. Угол входа в атмосферу выбирается в зависимости от допустимой температуры и расстояния до места посадки. Если на круговой орбите высотой 555 километров сообщить космическому кораблю тормозной импульс 106 м/с, корабль войдет в атмосферу на высоте 122 километров под углом — 3°. Далее корабль поворачивается относительно вертикальной оси на 180° носом по полету и устанавливается на угол атаки 45°, затем угол атаки меняется по определенному закону, чтобы в процессе выравнивания до высоты 70 километров подъемная сила оставалась постоянной.