Первые попытки создания ракетных самолётов и космолётов ,по крайней мере в мыслях и в идеях, уходят, как говорится, «в глубину веков».У всех, кто интересуется данной тематикой, на слуху такие специалисты, как Годдард, Оберт, Цандер, Кондратюк,Вернер фон Браун,Хейнкель,Липпиш, Королев(ракетный планер),Березняк, Исаев (ракетный самолёт) и многие другие.Первые аппараты,снабженные ракетными двигателями взлетели ещё в 20-е годы прошлого века.Пальма первенства принадлежала,конечно, Германии. Немецкие ракетчики добились в первой половине 40-х годов выдающихся успехов,определивших основные направления развития мирового авиа- и ракетостроения.Все работы,в основном,были направлены на возможности увеличении скорости полёта,а главной проблемой было –создание надежных турбореактивных и жидкостных ракетных двигателей.Появились реактивные самолёты и крылатые ракеты.Идея космолётов (ракетопланов)нашла своё развитие с появления работ выдающегося учёного Эйгена Зенгера (см. на фото ).Он практически впервые сформулировал перечень фундаментальных проблем,которые нужно решить для реализации проекта дальнего ракетоплана: - разработка математических методов расчета оптимальных траекторий; - исследование аэродинамических нагрузок и рациональных форм поверхностей дляполёта при числах Маха от 3 до 30; - определение аэродинамическихсил при свободномолекулярном режиме обтекания; - поиск эффективных видов топлива; - исследования материалов,стойких к воздействию очень высоких и очень низких температур; - разработка камер сгорания тягой порядка 100тс,работающих при высоких темп. и давления газа до 100 атмосфер с водяным охлаждением стенок и т. д. В течение десятилетия Зенгер с помощью лучших специалистов и институтов Германии прорабатывал программу исследований,.направленную на реализацию своего проекта гиперзвукового космического бомбардировщика,однако общемировой научно-технический уровень и политическая до – и послевоенная обстановка не позволили ему реализовать свой проект.К тому же, проект имел несколько приципиальных недостатков.Однако,идеи Зенгера оказали прямое влияние на инженерную мысль.Постепенное развитие этих идей привело к появлению ряда проектов аэрокосмических систем,таких как ракетные самолёты Х-1 и Х-15,космоплан Х-20 (Дайна Сор) и "аппараты с несущим корпусом" в США ,HOTOL в Великобритании,HERMES во Франции,HOPE в Японии и целый ряд разработок в СССР (Ракетопланы ЦыбинаП.В.,Мясищева В.М.,Челомея В.Н. и др. ). Естественно,что разработчики "Спирали"в СССР постарались максимально возможно использовать зарубежный опыт,однако при этом они опирались и на отечественные исследования и разработки,о чем пойдет речь на следующих страницах сайта. ЗАРУБЕЖНЫЕ РАКЕТОПЛАНЫ
DYNA-SOAR 4 октября 1957 гСоветский Союз вывел на орбиту первый искусственный спутник Земли/ Западные правительства были в глубоком шоке В октябре 1957 состоялось совещание представителей NACA и ВВС США, созванное исключительно для обсуждения последствий запуска первого спутника. Были рассмотрены материалы по всем проектам, связанным с полетами в космос. Особое внимание было уделено крылатым аппаратам, как средству для полета человека в космос. Меньше чем чер ез неделю ВВС США объединили проекты Brass Bell,RoBo и Hywards в единую программу разработки, насчитывающую три стадии и названную Dyna-Soar (от Dynamic Soaring - (Разгон и Планирование), в соответствии с методикой повторного входа в атмосферу Эйгена Зенгера).К лету 1961 значительного прогресса в укреплении базовой концепции планера начального варианта аппарата Dyna-Soar I., достигла группа Boeing-Vought Продвигались исследования конфигурации в аэродинамических трубах, различные отделения фирмы Boeing проводили многочисленные испытания материалов и подсистем. К этому моменту носовой колпак (носовая законцовка) фюзеляжа из экзотического материала графит-цирконий был заменен керамическим теплоизолирующим покрытием из колубмия (ниобия). Основная теплозащита аппарата состояла из "водяной стенки", которая использовала скрытую теплоту испарения для рассеивания тепла между внутренними и внешними оболочками. Эти оболочки были изготовлены либо из суперсплава Rene-41, либо из молибдена и/или ниобия в зависимости от их расположения на аппарате. Внутренняя защита обеспечивалась двумя новыми изоляционными материалами, называемыми Dyna-Flex или Micro-Quartz, в первом приближении напоминающими толстую стекловолоконную изоляцию, но способными обеспечить намного лучшую защиту. Dyna-Flex также известен под названием Cerrachrome (Церрахром), в то время как Micro-Quartz - под названием Q-Fiber Felt (стекловолоконный войлок Q). Оба представляют собой прошитый волоконный материал, который сейчас продолжает использоваться в ряде высокотемпературных приложений. Dyna-Soar официально называлась научно-исследовательской программой, имеющей целью исследовать и показать возможность выполнения пилотируемым орбитальным планером маневрирования при входе в атмосферу и посадки на взлетно-посадочную полосу в заданном месте Земли с необходимой точностью.Dyna-Soar 19 июня 1962 г. был обозначен как X-20. Впоследствии название Dyna-Soar также сделалось официальнымНо Dyna-Soar оказался перед лицом нового конкурента - космического корабля Blue-Gemini. Основное преимущество "Джемини" состояло в том, что он было легче, чем X-20 и следовательно, мог нести большее количество топлива для орбитального маневрирования, или больший полезный груз при использовании меньшего, и в основном менее дорогого, носителя ("Титан II"). Аппарату Dyna-Soar были свойственны такие преимущества, как маневренность во вре мя входа в атмосферу, которая позволяла ему быстрее вернуться на базу, а также менять посадочные площадки во время возвращения в атмосферу в случае необходимости. 10 декабре 1963 г.,Минис тр обороны Макнамара отменил Dyna-Soar в пользу летных испытаний моделей по программе ASSET и передал финансирование X-20 п рограмме Пилотируемой Орбитальной Лаборатории (MOL). Таким образом закончилась первая американская серьезная попытка построить пилотируемый орбитальный космический корабль многократного использования. В момент отмены, Dyna-Soar оставалось только три года до первого полета;
Администратор NASA по Перспективным исследованиям и технологиям доктор Роберт Л. Бисплинхофф подчеркнул, что перспективные исследования неоднократно показывали важность разработки технологии маневрирующих гиперзвуковых аппаратов с высокотемпературной радиационно-охлаждаемой металлической конструкцией. Наземные средства испытаний (стенды) не были способны точно моделировать условия возвращения в атмосферу, и следовательно, полеты Dyna-Soar были необходимы для получения таких данных. Даже если бы Dyna-Soar никогда не стал рабочим аппаратом, он мог обеспечивать чрезвычайно ценную информацию относительно управления при входе в атмосферу и проблем нагрева, того, чего серьезно недоставало во время разработки МТКК "Спейс Шаттл" десятью годами позже.
|
РАКЕТОПЛАНЫ В СССР
ГИПЕРЗВУКОВОЙ РАКЕТОПЛАН Х -15 В 1952 специалисты NACA ,вдохновлённые разработками Зенгера, вышли с предложением исследовать проблемы управления и стабилизации Л А при полётах на сверхбольших высотах и при входе в атмосферу с гиперзвуковой скоростью. Уже в 1954 году они представили ха рактеристики проектируемого самолёта Х-15. Был объявлен конкурс на создание самолёта и ракетного двиг ателя к нему. Конкурс по самолёту выиграла фирма North Amerikan, а по двигателю - фирма Reaction Motors Inc.Перед создателями сразу же возникло мно жество проблем. Требовались новые технологии и новые материалы, выдерживающи е одновременно высокие и низкие температуры ,нужно было создать сис тему управления в вакууме при помощи газовых сопел ,создать полностью герметизированный скафандр для пилотов, оригинальную систему спасения экипажа для всех режимов, приспособить бомбардировщик В-52 для сброса самолёта, решить проблемы с выбором и изготовлением двигателя, и т. д. Наконец,15 октября 1958г. самолёт был выкачен из сборочного цеха и отправлен на авиабазу Эдвардс. После запуска первого спутника в СССР, США существенно увелич или своё внимание к космосу. NACA был переименован в NASA ( в эту аббревиатуру вошло слово Space ) и, хотя реклама Х-15 усиленно пропагандировала чисто авиационные задачи аппарата, на самом деле большая часть работ была направлена на решение проблем разработки пилотируемого спутника. Весной 1959г.начались лётные испытания Х-15. Х-15-1 совершил 142 полёта под крылом В-52 и в 81 из них отпускался в «свободное плавание». Х-15-2 до своего ремонта в ноябре 1962г. совершил 52 полета под крылом и 31 отцепку, а после переделки его в Х-15А-2 совершил ещё 22 «свободных» полёта, достигнув в последнем из них (3 октября 1967г.) скорости в М= 6,7. Х-15-3 поднимался под крылом В-52 97 раз и совершил 65 «свободных» полетов. В последнем, возвращаясь из космоса ,он развил скорость, соответствующую числу М=5,2 на высоте 70км. При сбросе с самолёта-носителя на Х-15 сразу же после отделения запускался ракетный двигатель и разгонял самолет до скорости около 5800 км/час. Затем наступал период невесомости, когда самолёт по инерции движется к верхней точки траектории, достигая при этом высоты более 75 км. После этого ракетоплан возвращался в атмосферу, а лётчик должен был удерживать его на заданном курсе планирования. Перед самой посадкой с Х-15 сбрасывался нижний вертикальный киль и выпускалось шасси. Посадка выполнялась на скорости около 360 км/час. Максимальная высота достигла в одном из полётов (22 августа 1963г.) рекордного значения в 107960 метров. Последний космический полёт самолёта Х-15 был выполнен 21 августа 1968г. На 1969г. не было выделено финансирование и программа была закрыта.. Основной целью проводившихся на Х-15 экспериментов являлась проверка условий полёта на больших скоростях в верхних слоях атмосферы, а также исследования влияния больших скоростей и высоких температур на конструкцию планера и механические свойства материалов, оценка надежности контрольно-измерительной аппаратуры, управляемости самолёта, связи с контрольными пунктами, реакции человека на состояние невесомости и перегрузок при возвращении на Землю и т.д. По мнению участников программы Х-15,её результаты гораздо внушительнее, чем кажутся.
АППАРАТЫ С НЕСУЩИМ КОРПУСОМ Необходимо отметить, что при выборе компоновки и алгоритмов управления орбитального самолета «Спираль» наши конструкторы внимательно следили за американскими работами над исследовательскими беспилотными аппаратами ASV и AEV (6 успешных запусков на суборбитальные траектории с помощью баллистической РН «Тор» в период 1963-1965 годов), создававшимися в рамках программы ASSET. Аппараты имели форму полуконуса с треугольным крылом и испытывались на скоростях, близких к первой космической.Кстати, в рамках программы «ASSET 5» 8 декабря 1964 г. состоялся первый запуск масштабной модели ракетно-космического самолета «Дайна Сор». В этот день с мыса Канаверал был осуществлен пуск модели летательного аппарата по суборбитальной траектории с помощью баллистической ракеты «Тор». Цель пуска по суборбитальной траектории – изучение аэродинамического обтекания самолета при движении в верхних слоях атмосферы. Максимальная высота подъема макета составила 53 км.Целью программы ASSET было исследование аэротермодинамических характеристик, прочности и упругости конструкции. Дальнейшим продолжением работ стала программа START, предусматривавшая исследование вопросов входа в плотные слои атмосферы космических аппаратов, использующих подъемную силу. В рамках программы START исследования проводились по двум направлениям: – запуск беспилотных аппаратов SV–5D (подпрограмма PRIME), в период с 21 сентября 1966 по19 апреля 1967 г. выполнено три запуска ракетой-носителем «Атлас» с авиабазы ВВС Ванденберг в Калифорнии. Достигнута максимальная высота полета 152,4 км и скорость 7,37 км/сек.Первые два аппарата при входе в плотные слои атмосферы разрушились, третий аппарат вернулся благополучно; Анализ данных,полученных при запусках беспилотных аппаратов с несущим корпусом малого удлинения,показал.что они аэродинамически устойчивы и быстро занимают требуемое положение в пространстве в соответствии с командами управления.Это позволило перейти к испытаниям пилотируемых аппаратов на режимах до- и сверхзвуковых скоростей. – исследование пилотируемых гиперзвуковых летательных аппаратов на малых скоростях полета (подпрограмма PILOT). Подрограммой PILOT, а также программой NASA MLBRP предусматривались летные исследования пилотируемых летательных аппаратов с несущим корпусом X–24A, X–24B, M2–F1, M2–F2,HL–10 на дозвуковых и сверхзвуковых режимах полета. Целью испытаний являлось исследование ручного управления, обеспечение устойчивости и управляемости и горизонтальной посадки возвращаемых орбитальных самолетов с низким аэродинамическим качеством. К моменту выпуска в СССР аванпроекта «Спирали» в США уже проводились полеты пилотируемых аппаратов M2–F1 (всего было выполнено 100 полетов за самолетом буксировщиком с последующей отцепкой на высоте 3600 м), M2–F2 (16 полетов) , HL–10 (24 полета),Х24В -(36 полётов). Разумеется, результаты этих испытаний были известны в ОКБ Микояна.
|
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЗАДЕЛРАКЕТОПЛАНЫ П.В.ЦЫБИНА В 1956 г. в СССР было организовано ОКБ-256 ГКАТ,возглавил которое Главный конструктор П.В.ЦЫБИН.Начав работу с разработки высотного стратегического реактивного самолёта-разведчика (М=3),Главный конструктор,из-за начавшегося хрущевского гонения на авиацию,переориентировался на создание ракетоплана для пилотируемого полёта в космос и последующего планирующего спуска с использованием раскрывающихся крыльев.Запуск в космос предполагалось совершить с помощью доработанной королёвской «семерки».Ракетоплан в течение суток производит из космоса разведку,передавая данные на Землю,затем с помощью тормозного ЖРД сводится с орбиты и начинает спуск.Изюминкой проекта были складные крылья,которые при выведении ,в космосе и в начале спуска «прятались за спиной» толстого корпуса ракетоплана,который сначала спускался «брюхом вперёд»с защищенным специальным экраном донным срезом.При торможении до М=2 на высоте 20км. раскалённый теплозащитный экран сбрасывался,консоли крыла раскладывались и ракетоплан приобретал аэродинамическое качество самолета,которое на посадке достигало значения порядка 4,5,обеспечивающего приемлемую посадочную скорость.( В связи с этим вызывает некоторое удивление опубликованные в книге В.Лукашевича и И.Афанасьева мнение одного из конструкторов - участника создания ОС системы «Спираль»,что «Аэродинамическая схема со складываемыми консолями крыла была рождена Геннадием Петровичем Дементьевым»). Многие конструкторские решения для ракетоплана (Королёв назвал его «лапоток» )были уникальными и сильно продвинули вперёд решение конкретных проблем впоследствии. Однако,после проведения продувок и анализа в ЦАГИ и ЦИАМ, определили ,что температура в районе экрана и кромок рулей превышает расчетные и требует применения новых материалов и конструкторских решений.Проблемы можно было решить при продолжении работ,однако компания против авиации всё-таки настигла проект, и в 1959г. его передали сначала в ОКБ-23 В.М.Мясищеву,а в 1960г. вместе с коллективом ОКБ -23 – в ОКБ 52 В.Н.Челомею.С.П.Королев не смог защитить проект,да и сам в это время усиленно разрабатывал баллистический вариант,требующий меньших затрат времени и средств.
РАКЕТОПЛАНЫ В.М.МЯСИЩЕВА Владимир Михайлович Мясищев (ОКБ-23) всегда тяготел к летательным аппаратам дальнего действия. Поэтому, ещё до запуска первого спутника ,он, совместно с НИИ-1 (М.В.Келдыш) и НИИ-4 проводил исследования по изучению эффективности различных типов аппаратов дальнего действия, включая ракетопланы. Ракетоплан, по его мнению, обладает большими преимуществами по сравнению с другими типами ракетно-авиационного класса ЛА, т.к. он может выполнять различные задачи и в космосе, и в плотных слоях атмосферы и передвигаться на межконтинентальные расстояния на больших высотах и с гиперзвуковой скоростью. Первым проектом (нач.в 1956г.) был проект гиперзвукового орбитального ракетоплана «46» с ракетным стартом,планирующим спуском, горизонтальной посадкой и практически неограниченной круговой дальностью полёта. Основным результатом проработок по теме «46» явилось доказательство технической возможности и целесообразности создания в стране гиперзвукового ракетного ЛА, способного решать задачи стратегического разведчика, глобального бомбардировщика, истребителя ракет и спутников вероятного противника. Был разработан многоэтапный план по освоению гиперзвуковых скоростей полёта. На первом этапе предлагалось создать одноместный экспериментальный ЛА для отработки планирующего спуска и посадки. (проект «48» ).Предполагалось разработать несколько вариантов этого аппарата:
Работа над этими проектами практически не вышла за пределы расчетных исследований и постановочных задач по составлению перечня нерешенных проблем и была передана дальше по эстафете. В октябре 1960г. ОКБ-23 было передано в качестве филиала №1 в ОКБ-52 В.Н.Челомея, а В.М.Мясищев был назначен начальником ЦАГИ. Картинки перечисленных проектов и их основные характеристики приведены в небольшом фотоальбоме рядом с этим текстом. РАКЕТОПЛАНЫ В.Н.ЧЕЛОМЕЯ Первой ракетно-к осмическ ой разработкой ОКБ-52 В.Н.Челомея была управляемая крылато-баллистическая ракета (КБР).Баллистическая ракета выводит в заданный район капсулу, внутри которой находится крылатая ракета (КР), которая выходит самостоятельно в заданную точку и поражает цель.Технические предложения по этой теме уже ,практически, были готовы, когда Владимир Николаевич вышел с предложением расширить «космическую» составляющую работ ОКБ-52 (уже начались «гонения» на авиаци ю).Совместно с ЦАГИ и НИИ-1 была разработана оптимальная схема схода с орбиты с использованием ракетопланов. Одновременно с этим ОКБ начало усиленно заниматься баллистическими ракетами, ракетами-носителями и космическими аппаратами. В это время С.П.Королев пытается добиться постановления правительства, в котором буквально все вопросу по космосу замыкает на свою фирму, не оставляя ничего другим. Челомей разрабатывает свои аванпроекты , выходит с ними на самый высокий уровень и получает поддержку Н.С.Хрущева.23 июня 1960 г.вышло Постановление «О производстве различных типов ракет-носителей, спутников, к осмических кораблей для военного применения в космосе в 1960-1967 годах» с поручением ОКБ-52 разработать эти КА, и с мероприятиями, которые обеспечивали эти разработки .После этого на фирме закипела работа, в том числе по созданию беспилотных космопланов. В основу был положен модульный принцип и возможность выполнения множества задач – изучение верхних слоёв атмосферы, связи, метеорологии, военной фото- и радиоразведки, навигации и целеуказания для подводных лодок, перехвата и уничтожения спутников и т.д.Возвращение на Землю предполагалось с посадкой на заданный аэродром.Были проработаны космопланы Р-1 и Р-2 Вторым классом аппаратов были ракетопланы, которые представляли собой пилотируемые воздушно-космические самолёты (ВКС).По сравнению с баллистическими аппаратами, разрабатываемыми С.П.Королёвым, ракетопланы должны были обладать большими возможностями в зависимости от значения гиперзвукового аэродинамического качества. В ОКБ-52 были проработаны различные типы ракетопланов для выполнения широкого круга задач. Все идеи В.Н.Челомея получили одобрение и вскоре было выпущено Постановление от 13 мая 1961г. «О разработке пилотируемых ракетопланов».Первыми были проработаны ракетопланы МП-1,МП-2 (См.схемы и фото ). Для уточнения их аэродинамических характеристик и отработки теплозащитного покрытия была изготовлена летающая модель МП-1.27 декабря 1961г. с помощью ракеты Р-12 был осуществлён пуск модели (на высоту 405 км и дальность1760км.),после чего модель совершила управляемый спуск в атмосфере.В 1961г.кроме работ по проекту МП-1,в ОКБ проектировались пилотируемые аппараты АК-3 и АК-4 и прорабатывался суборбитальный ракетоплан СР и СП. Следующей значительной разработкой стал аппарат МП-2 (М-12),являющейся натурной модельюманеврирующей головной части АБ-200.Одновременно М-12 имитировало капсулу, в которой предполагалось с орбиты спускать ракетопланы. Пуск М-12 был произведен 21 марта 1963г. К 1963 г. в ОКБ были выпущен эскизный проект четырех вариантов пилотируемых ракетопланов – одноместных истребителя спутников и бомбардировщиков наземных целей, семиместноготранспортного ракетоплана межконтинентальной дальности и двухместного ракетоплана для облёта Луны. В 1963 г.был выпущен второй эскизный проект по беспилотному космоплану К для исследования дальнего космоса и полётов к Луне,Марсу и Венере с возвращением на Землю с посадкой на аэродроме.Кроме того, в том же году был разработан аванпроект ракетоплана-истребителя по двум схемам – Кожух и Конус. В 1964 году был сделан аванпроект пилотируемого ракетоплана –бомбардировщика, а в 1965г. выполнен аванпроект пилотируемого ракетоплана на базе УР-200, эскизный проект пилотируемого ракетоплана-истребителя П-2И и технические предложения по теме П-П (космический пилотируемый инспектор-перехватчик). Проводилась также проработка не только с баллистической схемой выведения,а и с крылатой разгонной ступенью. Но тучи сгустились над ОКБ-52 и ,после снятия Н.С.Хрущева в конце 1964г. со своего поста,последовало уведомление о расследовании деятельности предприятия и приказ о прекращении работ и передаче его материалов по ракетопланам в ОКБ -155 Артема Ивановича Микояна. Осталось пол шага до «СПИРАЛИ» и небольшой шаг до второго «БУРАНА».Это уже будут строки из нашей песни ,которую мы исполняли до первого и одновременно последнего полёта «Бурана» в 1988г.
|
|
|
|