Советский космос ассоциируется с именами Гагарина и Королёва, многие вспомнят названия «Восток», «Союз», а чуть более продвинутые – «Восход», «Прогресс», «Протон». Все эти корабли объединяются одной ключевой особенностью: они одноразовые. Но в СССР собирались строить и многоразовые корабли. Один даже построили, и в 1988 году он слетал в космос единожды (иронично!) – сегодня мы знаем его как «Буран». Но задел под него начали закладывать задолго (60-е!) до начала проектирования. Увы, эти наработки не были доведены до конца, но всё же, в отличие от своего наследника, они дошли до наших дней, пусть и в виде многочисленных прототипов, известных под общим именем «Спираль».
Крылья на орбиту. Что? Да!
Первыми крылатый многоразовый космический аппарат попытались разработать немцы. Silbevogel Ойгена Зенгера и сегодня интересен дерзостью идеи уж в 1940-х, попав в руки военных и учёных стран антигитлеровской коалиции, проект захватил их внимание. Конечно, специалисты довольно быстро осознали нереалистичность задумки, и что у нас, что за океаном она вскоре деградировала до сверхзвуковых межконтинентальных крылатых ракет. Те, проиграли конкуренцию своим баллистическим собратьям, более быстрым, надёжным, точным и многофункциональным.
И всё-таки идея многоразового космического аппарата не собиралась покидать мысли конструкторов из-за преимуществ, которые могла обеспечить такая компоновка. Потенциально она обещала удешевить и упростить доставку космонавтов и полезного оборудования, а также значительно сократить время подготовки корабля к вылету, что открывало для военных (главным образом) возможности для решения целого комплекса задач. В первую очередь речь о разведке, которая в мирных условиях может и не требует срочности, но в угрожаемый период (а таких в Холодную войну хватало) каждый час на счету. Во-вторых, существовала задача сбросить бомбу на цель, находящуюся буквально на другой стороне планеты. На стратегическом бомбардировщике лететь придётся долго, да и далеко не факт, что долетишь, ведь вражеские силы ПВО не спят. Космический аппарат мало того, что быстр, так ещё и неуязвим (по крайней мере по тем временам). А уж если посмотреть на сложности и длительность подготовки ранних баллистических ракет, то тут и вовсе впору задуматься, а насколько эта система вооружения способна в экстренных условиях вообще нанести удар? Ведь на подготовку к пуску только установленной на стартовый стол ракеты требовалось не меньше двух часов, а если начинать в монтажно-инструментальном комплексе, то и вовсе не менее 12 часов.
На этом фоне привлекательность многоразового космоплана, особенно способного стартовать не с ракеты, а с самолёта-разгонщика, становилась слишком сильной. И работы закипели очень быстро, сначала в США (в частности, проекты BoMi и Dyna Soar), а затем и в СССР.
Интересно, что первый (если не брать наработки по Silbevogel) советский ракетоплан продумал Павел Цыбин, долгое время занимавшийся вместе со своим ОКБ-256 разработкой различных планеров, в том числе гиперзвуковых. Так, в 1959 году он предложил Королёву эскизный проект разведывательного ракетоплана стартовой массой 3500 кг. Конечно, «Лапоток» (так проект называли из-за его сходства по форме с лаптем) выводился на орбиту с помощью Р-7 в трёхступенчатом варианте, но здесь уже угадывались все те черты, которые лягут в основу будущих разработок. Итак, машина должна была выводиться на орбиту высотой в 300 км, осуществлять разведку в течение суток, а затем с помощью тормозных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) сходить с орбиты. После этого «Лапоток» осуществлял управляемые (это важно) спуск и торможение благодаря тому, что его корпус при угле атаки в 60 градусов обеспечивал небольшое (0,6) аэродинамическое качество (АК) на гипер- и сверхзвуковых скоростях. По достижении высоты 10 км и дозвуковой скорости аппарат раскладывал крылья, выравнивался и дальше садился, имея АК 4.5. В верхних слоях атмосферы «Лапоток» летел как бы брюхом вперёд, пряча сложенные крылья и нижнюю часть фюзеляжа в аэродинамической тени от защитного экрана, так как тогда ещё не существовало материалов, способных выдержать температуры порядка 6 тыс. градусов.
АК – это, по-простому, дальность, которую может пролететь планер, потеряв 1 км высоты. Таким образом, «Лапоток» Цыбина на этапе спуска с орбиты мог пролететь 600 метров, потеряв 1 км высоты, а на дозвуковом режиме, соответственно, 4,5 км. С углом атаки несколько сложнее. Если вкратце, без определения из справочника, то это угол между прямой линией, проходящей через крыло от его передней до задней кромки (то есть хордой крыла), и направлением встречного потока воздуха. На рисунке угол атаки обозначен греческой буквой альфа α. На самом деле всё несколько сложнее, но общая мысль такова.
Вслед свои крылатые космические аппараты прорабатывали Мясищев и Челомей, отдельные работы велись в ОКБ Туполева, а по воспоминаниям причастных заинтересованность проявлял даже знаменитый Роберто Бартини. Эти проекты весьма интересны и достойны отдельных заметок и статей, однако здесь ограничимся только упоминанием, показывающим, что дальнейшие разработки шли не на пустом месте.
Различные проекты крылатых космических аппаратов 50-х
Различные варианты ракетопланов ОКБ-23 Владимира Мясищева. Слева проект ракетоплана «изделие 46» с планирующим спуском. Справа схема установки пилотируемого многоразового воздушно-космического самолета «изделие 48-IV» на ракете-носителе «изделие 47» (собственная разработка ОКБ-23):
Суборбитальный пилотируемый ракетоплан «крылатой» схемы конструкции ОКБ-52 Владимира Челомея:
Пилотируемый ракетоплан Р-2 конструкции ОКБ-52 Владимира Челомея:
Ракетоплан Звезда (Изделие 136) ОКБ Туполева
Интерес авиаконструкторов к космосу, впрочем, был отчасти вынужденным. Дело в известных хрущёвских реформах в сфере авиации, в результате которых ряд авиационных (и не только) ОКБ и конструкторов был вынужден обратиться к незнакомой (хотя, конечно, привлекательной) космической тематике или же вовсе покинуть своё поприще. Такая судьба постигла Владимира Мясищева (перешёл в ЦАГИ после расформирования и передачи ОКБ Челомею, впрочем, позже вернулся в авиацию) и Василия Грабина (его артиллерийский ЦНИИ-58 был передан ОКБ-1 Королёва и перепрофилирован на космическую тематику), ОКБ Лавочкина и ряд других производств и конструкторских фирм. Чтобы не повторить такую судьбу, все пытались как-то заниматься космосом или ракетами. Не стало исключением и ОКБ-155 Артёма Микояна.
Перехватчик спутников ОКБ-155
Самолётчики-микояновцы, однако, сосредоточились сперва не на крылатой космической машине, а на противоспутниковом оружии. Ноябрь 1957 года убедил всех, что разведка из космоса – дело самого ближайшего будущего, а это значит, что необходимо бороться с врагом и в космосе. Первым проектом ОКБ-155 на этом поприще стал разработанный в 1959-1960 годах перехватчик спутников, который должен был запускаться ракетой Р-7 разработки ОКБ-1 Сергея Королёва по целеуказанию с Земли. Цели могли находиться на орбитах высотой от 300 до 1000 км. Достигнув изделие противника, противоспутник раскручивал свою центрифугу, запуская с неё, как с карусели, небольшие контактные заряды, которые облепляли цель и взрывали её. Проект, несмотря на сотрудничество Микояна с Королёвым и Григорием Кисунько (главным конструктором отечественной системы противоракетной обороны), проиграл челомеевской программе, основанной на ракете УР-200.
Второй подход к противоспутниковому снаряду состоялся через год – в 1961-1962 годах. На сей раз задумали использовать обычный атмосферный носитель – самолёт Е-155 (в будущем — знаменитый истребитель МиГ-25), модифицированный для запуска аэробаллистических ракет, которые после пуска с самолёта следуют по баллистической траектории, сначала набирая высоту, а затем, по мере снижения, задействуют аэродинамические средства, чтобы навестись точно на цель. Такая схема пуска удобна и для противоспутникового оружия. Впрочем, дальше расчётов дело не пошло, однако было доказано, что если разогнать до достаточной скорости самолёт-носитель, способный при этом нести достаточную нагрузку, то на орбиту можно вывести и достаточно объёмный груз. Например, корабль с космонавтами. Так микояновцы впервые столкнулись с проблемами и задачами крылатого космоса.
Задача заказчика
Решающее слово, впрочем, всегда было у военных, а они не дремали, ведя активные исследования на различные тематики. К 1965 году 30 Центральный научно-исследовательский институт Минобороны СССР (главная научная организация по авиационно-космическим программам у военных) провел ряд исследований, в ходе которых были сформулированы задачи, которые имевшимися и разрабатывавшимися на тот момент авиакосмическими системами решались или плохо, или никак. Это в частности:
- Разведка состояния ключевых мирных и военных объектов и местонахождения атакующих подразделений (в том числе стратегической авиации и морских ударных групп) потенциального противника в кратчайшие сроки, особенно в угрожаемый период и после начала войны;
- Уничтожение подвижных (например, морских авианосцев) и малоразмерных целей (их размер не должен превышать радиус максимально допустимого отклонения ракеты от цели), а также площадных целей (заводы и прочие большие объекты) в короткий срок;
- Инспекция и уничтожение спутников и других объектов в космосе;
- Безопасная, надёжная и регулярная доставка людей и грузов на орбиту и космические станции.
Для выполнения этих задач новый космический корабль должен был обладать рядом свойств. К ним относится и оперативный выход в космос, причём на различные орбиты, чтобы выполнять задачи над конкретными точками на поверхности Земли. Кроме того, подобный аппарат сможет иметь ограниченное количество посадочных площадок, оборудованных для быстрой подготовки системы к новому пуску, что важно в предвоенный период. А это, в свою очередь, означает, что он должен уметь маневрировать в атмосфере на этапе спуска с орбиты, чтобы попасть на заданную базу с любой орбиты без длительного маневрирования в космосе. Кроме того, всё это добро должно быть достаточно экономичным, чтобы можно было использовать новую систему регулярно.
К 1965 году специалисты 30 ЦНИИ пришли к выводу, что обладать вышеописанными свойствами и соответствовать требованиям сможет только такая система, которая совместит в себе все преимущества самолёта, космического корабля и ракетоплана. А если конкретно, то новая система должна состоять из многоразового самолёта-разгонщика, ракетного ускорителя и многоразового орбитального самолёта (ОС) или ракетоплана. При этом последний должен был иметь различные варианты для того, чтобы выполнять ударные, разведывательные и противоспутниковые задачи. 30 июля 1965 года эти выводы были переданы ОКБ-155.
Аванпроект
Подписанный аванпроект по программе Спираль
В ОКБ-155 за работу принялись с огромным энтузиазмом. Микоян был занят на других проектах, к тому же сложность задач быстро нарастала, поэтому было принято решение выделить подколлектив, который и должен был ответить на вызов военных и создать принципиально новую космическую систему. Возглавил команду ведущий газодинамик ОКБ Глеб Евгеньевич Лозино-Лозинский. На тот момент он уже был известен своими работами по двигателям для истребителей МиГ-17, МиГ-19 и МиГ-21, принимал активное участие в работах над МиГ-25, а позже приложил руку к МиГ-29 и МиГ-31. Ему предстояло собрать команду молодых исполнителей у себя и на предприятиях-смежниках. Затея оказалась успешной, и уже через год, 29 июня 1966 года, был подготовлен аванпроект (то есть серия исследований, определяющих и обосновывающих примерный облик будущего изделия) системы «Спираль», также известной под индексом 50-50.
Глеб Евгеньевич Лозино-Лозинский
Первый элемент – гиперзвуковой самолёт-разгонщик (ГСР). На мой взгляд, это, пожалуй, самая сумасшедшая часть всего проекта, в которой, что называется, прекрасно всё. Огромный (длина – 38 метров, размах крыла – 16,5 метров, масса – 52 тонны) двухместный самолёт должен был нести на себе ОС с ракетным ускорителем. При этом задача ГСР состояла в выводе всей системы на высоту 28-30 километров, где на скорости 6 Махов происходила расстыковка. ОС с ракетным ускорителем устремлялся ввысь, а разгонщик садился на базу. Выполнение таких, мягко говоря, сверхоптимистичных требований даже по нынешним меркам (всё-таки разгон системы массой 115 тонн до шести скоростей звука на высоте 30 км – это не шутка) должны были обеспечить 4 двигателя на жидком водороде. Конечно, увидев такое, представители ОКБ Туполева (а именно им предстояло разработать сам ГСР) очень удивились и, по всей видимости, задвинули разработку в долгий ящик, вынудив микояновцев самих заниматься этим чудовищем.
Впрочем, им помогала ведущая советская организация по реактивным двигателям – ОКБ-165 Архипа Люльки. Его конструкторы очень заинтересовались потенциально прорывным направлением деятельности, ведь двигатель на водороде давал (в теории) великолепные характеристики по тяге, а проблемы с охлаждением позволяло решить само топливо, поскольку сжиженный водород обладает очень низкой температурой. Однако смелых двигателистов легко осадили в ЛИИ им. Громова, где показали, что на самом деле теоретические данные надо ещё подтвердить экспериментально, а с этим будут проблемы. Тем не менее постепенная работа над двигателем шла до начала 70-х, когда проект ГСР был закрыт. Сам ГСР же не ушёл дальше стадии продувочных моделей.
Комплект ГСР + ракетный ускоритель + ОС, вид спереди
Комплект ГСР + ракетный ускоритель + ОС, вид сзади
Двухступенчатый ракетный ускоритель также скрывал в себе значительные инновации. Предполагалось, что в финальном варианте он будет работать на смеси водорода (горючее) и фтора (окислитель). Выбор столь необычного топлива основывался на характеристиках, которые оно обещало. У фтора перед жидким кислородом было два значимых преимущества. Во-первых, он занимал банально меньше места за счёт более высокой плотности, что позволяло уменьшить лобовое сопротивление ГСР и разогнать систему до 6 Махов, в то время как использование кислорода снижало скорость на примерно 600-700 км/ч. Во-вторых, фтор давал лучшие характеристики по удельному импульсу, благодаря чему ракетный ускоритель мог вывести больше полезной нагрузки относительно общей массы (9% против 7,5-8% у кислорода).
Орбитальный самолёт, ожидаемо, был самым интересным и проработанным элементом всего проекта, ведь, по сути, всё крутилось вокруг него. Поэтому и мы остановимся на нём поподробнее.
Вообще, при работе над многоразовыми крылатыми орбитальными кораблями ключевая зона интереса разработчиков – теплозащита. Связано это с тем, что при спуске с орбиты и торможении в атмосфере космический корабль испытывает огромную тепловую нагрузку, а сильнее всего греются тонкие передние кромки крыльев и нос. Дополнительно задачу для разработчиков Спирали осложняло то, что им необходимо было ограничить температуру внешних поверхностей 1400 градусами, так как это был предел прочности единственного доступного и отработанного на тот момент материала – плакированного ниобия ВН-5А. При этом ОС должен был обладать как можно большим свободным внутренним пространством при как можно меньшей площади поверхности. Также существовали специфические требования по габаритам (самолёт должен был запускаться на орбиту с помощью ракеты-носителя «Союз» без её доработки), параметрам полёта на спуске и посадочным характеристикам (не должны отличаться от современных ей самолётов).
Имея в голове эти спецификации, а также наработки американцев по небольшим многоразовым кораблям, микояновцы пришли к необычной для самолётов компоновке. ОС системы «Спираль» внешне представлял собой что-то вроде лаптя длиной 8 метров и шириной фюзеляжа 4 метра в самой широкой его части. При этом к лаптю приделали небольшие V-образные складывающиеся крылья, которые к тому же не раскладывались полностью, сохраняя угол 30 градусов к горизонтали в разложенном положении. Сверху у лаптя был относительно высокий киль, а также яйцеобразный выступ – фонарь кабины пилота.
Выбор лаптеобразной формы был обусловлен именно требованиями по теплозащите. Дело в том, что носовое затупление (то есть передняя, задранная вверх часть лаптя) должно было принять на себя максимальную тепловую нагрузку и поэтому делалось максимально широким, чтобы распределить её по как можно большей площади и снизить температуру до 1400 градусов. Нижняя же часть фюзеляжа, продолжающая затупление, делалась максимально ровной, так как именно она на этапе спуска обеспечивала создание подъёмной силы, за счёт чего и обеспечивалось её охлаждение. Крылья же на спуске складывались, чтобы убрать их из зоны сильного нагрева, а заодно и использовать как дополнительные кили для поддержания устойчивости. Лишь в нижних слоях атмосферы на относительно невысоких скоростях они раскладывались, ОС менял угол атаки и спокойно планировал на аэродром.
Теплозащита определила и внутреннюю структуру будущей Спирали. Дело в том, что у конструкторов на тот момент (середина 60-х) существовало три способа её обеспечить, причём термостойкие плитки вроде тех, что использовались на Буране или Space Shuttle, ещё не были изобретены.
Первый путь – абляционная теплозащита. Её использовали для одноразовых космических кораблей и объектов, которым не было нужды планировать. Ключевое достоинство – защита от температур в несколько тысяч градусов. Однако не просто так альтернативное её название – уносимая теплозащита. Дело в том, что по мере воздействия на неё высоких температур она сгорает, а значит является одноразовой. К тому же, из-за сгорания нарушается и форма корпуса, а значит, и управляемость. А ведь для крылатого корабля малейшее нарушение формы чревато потерей управления.
Второй путь – так называемая активная теплозащита. Она основана на том, что в самых нагреваемых местах корпуса внутри по специальным трубкам циркулирует охладитель, забирающий тепло на себя. Этот способ также не подошёл, так как Спираль строилась в условиях жёстких весовых ограничений. К тому же такой способ охлаждения потребляет много энергии, чего конструкторы также допустить не могли.
Поэтому в работу пошёл единственный оставшийся вариант – принцип горячей конструкции. Он заключается в том, что серьёзная защита обеспечивается только для критически важных узлов (кабина пилота, топливные баки, приборные отсеки), а все остальные элементы создаются из материалов, обеспечивающих переизлучение тепла в окружающее пространство.
Примерная компоновка силовой фермы
В случае Спирали принципу горячей конструкции были подчинены все основные элементы обшивки и внутренней структуры. Тепловой поток переизлучался с нижней, самой горячей поверхности на боковые и верхние поверхности, которые были в тени и потому не так сильно грелись. Особые покрытия позволяли переизлучать тепловой поток с поверхности самолёта в воздух. Наконец, вся обшивка и внутренние агрегаты крепились на специальную пространственную ферму, собранную из стержней, которые изготавливались из различных материалов (никель-кобальтовые сплавы) в зависимости от тепловой нагрузки на каждый конкретный стержень. При этом ферма была устроена так, что учитывала расширение её элементов при нагреве. Таким образом, она минимизировала нагрев внутри машины. Наконец, покоилась эта конструкция на теплозащитном экране, который прикрывал носовое затупление и нижнюю часть фюзеляжа, то есть самые горячие зоны. Изготавливаться экран должен был из ниобиевых сплавов с нанесением доппокрытия из молибдена.
Внутреннее оборудование будущего ОС должно было включать в себя несколько жидкостных ракетных двигателей для маневрирования на орбите, выдачи тормозного импульса для спуска с неё, а также для управления ориентацией машины на орбите и спуске. Также она должна была нести на себе и небольшой реактивный двигатель для полётов на дозвуковой скорости.
Гораздо интереснее была кабина пилота. Дело в том, что она размещалась не просто внутри обшивки самолёта, а внутри отделяемой сферической капсулы, которая, в случае опасности, должна была защитить человека в любой ситуации. И здесь вновь проглядываются истребительные корни Спирали. В боевых самолётах задача спасения лётчика в любой ситуации независимо от состояния машины решается катапультным креслом. Однако в открытом космосе, а уж тем более в верхних слоях атмосферы, где на этапе спуска царят огромные температуры и низкое давление, нельзя просто выбросить человека за борт. Именно поэтому целиком отстреливается кабина, оснащённая собственными двигателями для торможения и схода с орбиты, а также теплозащитой. По сути, миниатюрный одноразовый космический корабль.
Остановимся на боевых вариантах машины, которых проработали пять (три основных и два подварианта).
Компоновка дневного фоторазведчика
Первый и самый главный – дневной фоторазведчик. Вся программа начиналась именно с разведывательных задач, и потому именно этот вариант вышел вперёд. К тому же испытательные машины было удобнее оснастить фотооборудованием, чем другой полезной нагрузкой. Фотографирование должно было производиться с высоты 130 км. Камера на такой орбите могла выдавать разрешение на местности от 0,7 м до 1,2 м (по разным данным), то есть на снимках можно было различить объекты, между которыми не менее 0,7 метра. По тем временам это был очень неплохой результат – например, камеры американских разведывательных спутников KH-7, запускавшихся с 1963 по 1967 года, имели разрешение на местности 1,2 м, позже улучшенное до 0,6 м, причём они действовали с более высоких орбит. Пилот Спирали должен был за один виток сфотографировать 3-4 цели, для чего у него на борту имелось 100 метров плёнки. Каждый снимок охватывал участок поверхности Земли 20х20 км. В будущем предполагалась и установка оборудования для обработки фотографий и передачи на Землю телевизионной картинки. Дополнительно проектировался радиолокационный разведчик, на котором вместо камер стояла сбрасываемая перед сходом с орбиты антенна типа фазированная решётка размером 12х1,5 м.
«Предполагаемая разрешающая способность при этом должна была быть в пределах 20-30 м, что достаточно при разведке авианосных морских соединений и крупных наземных объектов, при ширине полосы обзора по наземным объектам — 25 км, при разведке над морем – до 200 км.»
В.Лукашевич, И.Афанасьев, «Космические крылья»
Идея об обнаружении авианосца за пределами действия его оборонительных систем ведёт за собой и идею о его поражении. Так что проектировался ударный вариант. Он должен был нести на себе ракету класса «космос-поверхность» массой 1700 кг. Для того, чтобы уложиться в заданные весовые ограничения (8800 кг), приходилось сокращать запас топлива, так что ударный ОС мог осуществить только один виток. В ходе этого витка он должен был получить целеуказания от ОС-разведчика или от специализированного спутника, а после пуска ракеты – донаводить её по радиоканалу до момента входа в атмосферу. При точности целеуказания +-90 км по замыслу конструкторов обеспечивалось поражение авианосца или аналогичной ему морской цели, идущей на скорости до 32 узлов (около 60 км/ч) с вероятностью 0,9 при круговом вероятном отклонении (КВО) 250 метров.
КВО – это радиус круга, в который должно попадать 50% выпущенных боеприпасов. То есть разработчики Спирали считали, что их ракета типа «космос-поверхность» в 50% случаев будет попадать в круг радиусом 250 метров. С современной точки зрения представляется, что такие показатели завышены. Дело в том, что баллистические ракеты достигли такого КВО только к 1980-м годам. При этом параллельно шли разработки и других средств поражения движущихся морских целей. Например, на основе баллистической ракеты подводных лодок Р-27 была подготовлена модификация Р-27К. При её разработке исходили из того, что существовавшие корабельные системы разведки могли дать координаты группы кораблей с точностью до 25 км, при этом за время предстартовой подготовки группа может уйти на 100-150 километров и ещё дальше – за время полёта ракеты. Поэтому предполагалось на заатмосферном участке полёта проводить коррекцию с помощью наземных («Успех-У») или спутниковых («Легенда») систем целеуказания. В целом, за 10 лет разработки удалось достичь приемлемых результатов (так, в ходе морских испытаний удалось добиться прямого попадания боеголовки в судно-мишень), однако к середине 70-х годов выяснилось, что противокорабельные крылатые ракеты могли добиваться схожих результатов, но при этом гораздо дешевле. А разработка Спирали, несмотря на предполагаемые преимущества, была ещё сложнее.
Последним глубоко проработанным вариантом является инспектор-перехватчик спутников. Он должен был вооружаться шестью ракетами типа космос-космос. При этом задумывалось два типа такой машины – для ближнего и дальнего перехвата. В первом случае ОС выходил на орбиту спутника-цели, сближался с ним до 3-5 км, фотографировал и атаковал его при необходимости самонаводящимися ракетами весом 25 кг (всего их на борту должно было быть 6). Во втором случае перехватчик был дальним (максимальная дальность пуска – 350 км против 30 в первом случае), мог атаковать цель на встречном курсе. В обоих случаях за один полёт можно было атаковать две цели, находящихся на высотах до 1000 км. Схема запуска ОС позволяла значительно сократить время атаки относительно «обычных» аппаратов, запускаемых с помощью ракеты.
Газета из космоса
Помимо описания будущей Спирали, аванпроект предполагал также создание различных моделей и самолётов-аналогов, чтобы отработать все основные элементы конструкции и все режимы полёта. В частности, проектировались три полноразмерных пилотируемых самолёта- аналога для проверки полёта в атмосфере на до-, транс-, сверх- и гиперзвуковых скоростях. Также предполагался и полномасштабный прототип – «ЭПОС» (экспериментальный пилотируемый орбитальный самолёт), который должен был слетать в космос и даже мог быть переоборудован в боевой разведчик. Однако между атмосферными аналогами и «ЭПОСом» существовало важное отличие – последний должен был при спуске с орбиты тормозить в атмосфере с первой космической скорости, проходя через плазму. Этот этап нужно было отработать до полёта «ЭПОСа», однако без запуска в космос в атмосфере это сделать не получится. Отработка на стендах на Земле тоже возможна лишь в общих чертах. Что делать?
В ОКБ-155 приняли решение изготовить масштабную (примерно 1:3) аэродинамически подобную модель. Проблема состояла в том, что аэродинамически подобная модель – это не просто уменьшенный самолёт. Вспомним школьный курс геометрии. Одна фигура является подобной другой, если расстояние между двумя любыми её точками изменяется в одно и то же число раз. Поэтому, например, литровая и двухлитровая бутылки “Кока-Колы” не являются подобными, хотя кажется, что они отличаются друг от друга в два раза по размеру. Однако их горлышки одинаковы по размеру, а не также отличаются в два раза. Тоже самое происходит и с аэродинамически подобными моделями. Они, безусловно, похожи на свои прототипы, и неопытный человек сходу может и не найти различий, однако они почти наверняка будут, потому что для такой модели совершенно необязательно быть уменьшенной копией прототипа. Важно, чтобы воздух обтекал её подобно прототипу. А если просто уменьшить самолёт, такого эффекта добиться, скорее всего, не получится. Это звучит контринтуитивно, но теперь в дело вступает аэродинамика, а точнее число Рейнольдса, которое зависит от размеров модели, скорости потока воздуха (или жидкости) и вязкости воздуха.
Все дело в том, что число Рейнольдса характеризует то, как и за какое время поток обтекает модель. Если модель сделать просто уменьшенной копией, поток будет обтекать ее быстрее. В результате число Рейнольдса у подобной модели меняется и становится отличным от прототипа. То есть воздух обтекает модель не так, как прототип. А аэродинамически подобная модель делается так, чтобы её число Рейнольдса соответствовало этому параметру у прототипа. В нашем случае предстояло отрабатывать режимы полёта на скоростях свыше 10 скоростей звука, так что без этих заморочек не обойтись.
У микояновцев не было достаточного опыта в изготовлении таких моделей. Зато такими работами занимались в Лётно-исследовательском институте (ЛИИ) имени Громова, который и взял на себя задачу по их созданию.
У будущих БОРов было несколько различных задач. Во-первых, нужно было уточнить аэродинамику будущей полноразмерной машины и понять, как на её поверхности может распределяться тепло. Во-вторых – различные виды теплозащитных материалов. В-третьих, микояновцы хотели изучить феномен потери радиосвязи во время спуска и торможения в атмосфере на высотах от 90 до 40 км. В-четвёртых, они хотели отработать управление гиперзвуковым аппаратом на границе космоса и атмосферы.
Поскольку основной областью, которую изучали конструкторы, являлась аэродинамика, то конструкционно БОРы имели мало общего с «большой» Спиралью. Здесь не использовался принцип горячей конструкции, были сильно упрощены органы управления и термозащита. Зато имелись парашюты для безопасного приземления. Всего было построено 7 аппаратов БОР в трёх вариациях.
БОР-1 был… деревянным макетом. Он использовался для того, чтобы проверить работоспособность всей схемы, использующей для вывода в космос модифицированную МБР Р-12, которая ранее проявила себя во время Карибского кризиса. Собственно, свою задачу он успешно выполнил, достигнув заданной высоты, спокойно отделившись от носителя и сгорев в атмосфере.
БОР-2 на испытательной тележке во время предполётной подготовки
БОР-2 (всего 4 экземпляра) как раз и выполнял основные задачи программы. Ракета выводила его на высоту 100 км, где после отделения от носителя ракетоплан готовился к спуску, занимая необходимое положение и затем должен был балансировать в этом положении благодаря своей развесовке и аэродинамической схеме. Затем, на высоте 20 км и скорости, близкой к скорости звука, срабатывала парашютная система. Из четырёх пусков два были частично успешными (часть или все задачи выполнены, но аппараты разбились), два полностью успешными (один аппарат повреждён).
Автор: Александр Старостин
Оригинал
Подпишись, чтобы не пропустить новые интересные посты!
