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

Это вызвано необходимостью аэродинамической балансировки при дозвуковом полете. При полном выдвижении крыла на угол стреловидности 22° его размах составляет около 29 метров.

Предполагалось, что космический корабль рассмотренной схемы способен доставлять полезный груз массой 11,3 тонны на геоцентрическую орбиту с небольшим наклонением к экватору или 8,4 тонны — на полярную орбиту.

Стоимость одного запуска оценивалась в 300 тысяч долларов.

Считалось, что применение такого космического корабля позволит снизить стоимость выведения на орбиту 1 килограмма полезного груза с 1110 долларов для некоторых обычных ракет-носителей до 44 долларов. Общая стоимость работ по этой системе оценивалась в 1–2 миллиарда долларов.

По мнению специалистов фирмы «Конвейр», предложенная схема транспортного космического корабля обеспечивала гибкость использования его элементов. Так, возможности доставки на орбиту более тяжелого полезного груза достигается путем добавления разгонных ступеней или установкой на ступени дополнительных стандартных секций для увеличения объема топливных баков и грузового отсека. Однако такое увеличение массы должно компенсироваться соответствующим повышением характеристик двигателей.

Специалисты НАСА изучали не только сложные многоступенчатые схемы. И в 60-е годы еще сохранялась определенная инерция конструкторского мышления, взращенного на представлении о космическом корабле как о чем-то цельном и монолитном. В частности, довольно активно обсуждалась концепция «Астроплана» — одноступенчатого крылатого космического аппарата, предназначенного для доставки грузов на орбитальную космическую станцию.

Кроме того, предполагалось, что астроплан можно будет применять для грузовых и пассажирских перевозок в пределах земного шара на дальность порядка 10 000 километров.

Астроплан должен был иметь взлетный вес 4550 тонн, посадочный вес — 330 тонн, полезная нагрузка составляла 200 тонн.

Стреловидные крылья астроплана скомпонованы из топливных баков. Чтобы сделать конструкцию наиболее эффективной по нагрузке, кислород, составляющий 74 % взлетного веса, размещали в параллельных цилиндрических баках, расположенных перпендикулярно оси симметрии аппарата. К передней кромке баков крепилась полезная нагрузка, а на задней кромке устанавливались десять ЖРД тягой по 680 тонн каждый. Жидкий водород, составляющий 15 % взлетного веса, закачивали в коническо-цилиндрические баки, образующие стреловидные крылья. Аэродинамические рули устанавливали на концах крыльев и также использовали как топливные баки.

Все нагрузки во время разгона и возвращения воспринимаются конструкцией, имеющей криогенные температуры; при возвращении в атмосферу до высокой температуры нагревается только ненагруженный тепловой экран.

Водородные баки изготавливались из титана, а кислородные — из высокопрочной стали.

Траектория вывода астроплана на орбиту близка к траектории взлета баллистических ракет-носителей.

Незаправленный космический корабль доставляется за восемь часов до пуска на стартовую площадку и устанавливася вертикально на пусковой стол. После монтажа полезного груза, заправки топливом и окончательного контроля всех систем запускаются двигатели и астроплан освобождается от стопорного устройства.

В течение 365 секунд активного полета астроплан летит по траектории с нулевой подъемной силой, достигая на высоте 93 километров скорости, несколько превышающей круговую; максимальное ускорение на активном участке не превышает 3,5 g и регулируется дросселированием двигателей.

После выключения основных двигателей астроплан выходит на орбиту ожидания высотой 150–185 километров, на которой остается до тех пор, пока угол между ним и орбитальной космической станцией не будет оптимальным для выполнения маневра встречи. Маневр встречи и швартовки выполняется с помощью двигателей управления вектором тяги; эти же двигатели используются для торможения при входе в атмосферу.

С включением в соответствующей точке орбиты тормозных двигателей астроплан теряет высоту и возвращается в атмосферу под малым углом. Полет его замедляется, и при аэродинамическом управлении он планирует до стартовой площадки в пределах заданного «коридора» аэродинамического полета. После посадки астроплана проводятся его осмотр, обслуживание и подготовка к следующему запуску. В случае катастрофы экипаж должен спасаться в приданном астроплану космическом корабле типа «Джемини», а сам астроплан — уничтожаться системой ликвидации.

Идея создания космического корабля, обладающего хорошими аэродинамическими характеристиками при входе в атмосферу во всем диапазоне скоростей от космической до посадочной, привела к разработке космического аппарата с разделением ступеней в процессе входа в атмосферу. Космический корабль «Янус» («Janus») состоит из контейнера полуконической формы, внутри которого находится самолет с треугольным крылом.

После входа в плотные слои атмосферы и торможения до дозвуковой скорости на высоте 15 километров контейнер сбрасывается и приземляется на парашютах, а самолет производит посадку на аэродром.

Космический корабль «Янус» проектировался для двухнедельного полета по орбите вблизи Земли с экипажем из трех человек. Основные характеристики: длина — 8,2 метра, размах крыла — 4, 9 метра, полезный объем — 24 м3, вес самолета с экипажем и оборудованием — 1800 килограммов, общий вес корабля — 7250 килограммов.

Внутренний объем контейнера герметизирован и заполнен воздухом под давлением в 1 атмосферу. Сообщение между самолетом и контейнером осуществляется через люки в днище фюзеляжа. В средней части контейнера расположены жилые помещения для экипажа. Шлюзы на задней стенке контейнера обеспечивают вход и выход экипажа перед стартом корабля и в полете по орбите.

При выборе аэродинамической формы контейнера, для обеспечения аэродинамического качества, динамической устойчивости и балансировки пришлось отказаться от идеальной полуконической формы. Угол конуса контейнера — 24 градуса — был выбран из условия оптимального расположения центра тяжести, центра давления и обеспечения хорошей компоновки самолета в контейнере.

Для предотвращения перегрева фонаря кабины самолета при входе в атмосферу контейнер должен быть сбалансирован на положительные углы атаки. Балансировка осуществляется щитками, расположенными в хвостовой части контейнера.

Если расположить щитки в самой нижней части задней кромки, то при отклонении вниз возникает большой момент на пикирование и при небольших значениях аэродинамического качества приведет к выходу корабля на отрицательные углы атаки. Это можно исправить, придав носовой части контейнера форму санок, которая увеличивает аэродинамический момент на кабрирование.

Несмотря на всеобщее увлечение баллистическими ракетами, вызванное научно-техническим наследием Третьего рейха, в Советском Союзе нашлись конструкторы, которые, вопреки мнению руководства страны, не оставляли надежды возродить авиационно-космические системы. Само собой, разрабатываемые ими проекты выдвигались как альтернативные под какое-нибудь из многочисленных постановлений Совмина или под заказ от Министерства обороны. К сожалению, ни один из этих проектов не был доведен до серийного производства. Инертность мышления, недостаток средств, поглощаемых разработкой и строительством мощных межконтинентальных ракет, большая загруженность КБ — все это практически не оставляло советским авиационным конструкторам шанса довести свои проекты космопланов «до ума». Тем не менее такой шанс у них был…

В 1956 году в ОКБ-156 Туполева было создано новое подразделение «Отдел К», задачей которого была разработка беспилотных летательных аппаратов различного назначения. Постепенно это новое подразделение превратилось в полноценное конструкторское бюро. Его возглавил сам Андрей Туполев.

Одним из основных направлений работ «Отдела К» стало создание целой серии проектов беспилотных самолетов различного назначения, рассчитанных на крейсерские сверхзвуковые скорости, соответствующие 2,5 или 3 Махам, и обеспечивающих дальность полета в пределах от 3000 до 5000 километров.

Первым в длинном ряду был проект беспилотного ударного самолета «121» («Ту-121», «С»), предназначавшийся для поражения целей на дальностях до 4000 километров. Впервые в практике ОКБ конструкторам предстояло создать не только летательный аппарат со сверхзвуковой крейсерской скоростью полета, но и наземные стартовые средства к нему, а также контрольно-проверочный комплекс, обеспечиваюший подготовку и запуск.