ГИПЕРЗВУКОВОЙ АНАЛОГ 105-13
Для отработки посадки, бортовых систем, аэродинамики, газодинамического управления и всех систем управления самолетом, а также для тренировки летного состава предполагалась разработка аналога орбитального самолета, точно повторяющего его форму. Такой аналог, сбрасываемый с самолета-носителя Ту–95КМ, с помощью собственных двигателей должен был продолжить полет и позволить отработать условия посадки и полетов до М=6-8 и Н=50-120 км.Так как скорость полета в верхних слоях атмосферы у аналога была в несколько раз меньше орбитальной,то, учитывая щадящие температурные условия, его планировалось построить из обычных конструкционных материалов (стальные, титановые и алюминиевые сплавы). По проекту аналог оснащался силовой установкой, состоящей из двух серийных ЖРД разработки ОКБ–117 с тягой по 11,75 тс каждый (по другим данным, тяга каждого двигателя 13 тс) и одним ТРД 36–35 ОКБ–36 со стендовой тягой 2500 кг и уже существующим оборудованием (на первых экземплярах). ЖРД располагались с углом полуразвала 11 градусов 40 минут в горизонтальной плоскости таким образом, чтобы вектора их тяг проходили через центр масс аппарата.
Использование освоенных в производстве агрегатов должно было значительно снизить стоимость и сроки отработки экспериментального орбитального самолета. В дальнейшем планировалось установить на аналог разработанные в ОКБ–2 МАП ускорители, позволяющие довести его скорость до М=12-13, и ряд штатных систем ЭПОСа.Схема подвески аналога под самолетом-носителем соответствовала подвеске принятой на вооружение крылатой ракеты Х–20, поэтому доработка Ту–95КМ также не требовалась
Планировавшийся профиль полета выглядел следующим образом. После совместного взлета самолет-носитель Ту–95 в течение часа поднимает аналог на высоту 11-12 км, где на скорости 830 км/час происходит его сброс. Угол установки подвижных консолей крыла в начале полета составляет 20-35 градусов (соответственно 70-55 градусов от горизонтальной плоскости). Включив собственные маршевые ЖРД (под запас топлива 7,15 т использованы все свободные внутренние объемы планера), самолет-аналог через 81 секунду разгоняется до скорости 8000 км/час.Активный участок разгона заканчивается на высоте 48-50 км. К этому моменту два ЖРД успевают сжечь 6625 кг топлива.В ходе дальнейшего полета, проходящего по инерции, аналог достигает максимальной высоты 120 км, имея в этот момент скорость 6800 км/час (М=7,5). В восходящей точке своей траектории аппарат может выполнять маневры с помощью двух ЖРД суммарной тягой 1,5 т и двигателей ориентации (системы газодинамического управления). Вход в атмосферу проис-
ходит на скорости 7250 км/час, максимальная перегрузка на этапе спуска достигает 5,3 g. Максимальное качество аппарата на гиперзвуковых скоростях 1,4, балансировочное –1,0. В наиболее теплонапряженных местах обшивка успевает нагреться до 890 градусов С.После возвращения в плотные слои атмосферы, при уменьшении скорости полета до М=2,5, консоли крыла раскладываются в положение 60 градусов, и в диапазоне высот 5-10 км включается ТРД тягой 2,5 т,который при запасе топлива 300 кг может обеспечить дальность полета до 90 км при крейсерской скорости 400 км/час на высоте 500±2000 м.Имея максимальное дозвуковое качество 4,5, аналог осуществляет переход на крейсерский режим полета с углом наклона траектории планирования 12 градусов и вертикальной скоростью около 18 м/сек. Посадочная глиссада имеет наклон 18 градусов, ( качество из-за выпущенного шасси уменьшается до 4), посадочная скорость 250 км/час.При посадочной массе аппарата 4,4 т длина пробега составляет около 1000-1100 м.
Программа создания суборбитального пилотируемого аналога «50–11» так и не была реализована в задуманных объемах, но проработанные конструкторские решения по сбросу с самолета-носителя Ту–95КМ были востребованы при постройке и испытаниях дозвукового аналога «105.11».
У гиперзвукового аналога «105.13» (серийный № 7510511301) был изготовлен только фюзеляж, который принимал участие в испытаниях ТЗЭ в термобарокамере.В изготовлении все аналоги ЭПОСа были максимально унифицированы – основные конструкторские решения по всем комплектациям аналогов ОС были выполнены в единой сквозной схеме, благодаря которой трудоемкость в производстве при переходе от дозвукового варианта к гиперзвуковому возрастала очень незначительно, да и то потому, что по мере усложнения решаемых задач на борт должно было устанавливаться дополнительное и более совершенное оборудование.Это также позволяло сократить время на подготовку производства самих орбитальных самолетов.Теплопрочностные испытания гиперзвукового аналога «105.13» проводились на специальном стенде КТПИ в ЦАГИ. Они показали, что при спуске в атмосфере при угле атаки 53 градусов при гиперзвуковом качестве 0,8 основная тепловая нагрузка воспринималась ТЗЭ, который нагре-вался до +1500°С. Остальные элементы конструкции, находясь в аэродинамической тени от ТЗЭ,нагревались значительно меньше.Эксперименты показали, что в случае уменьшения угла атаки до 30 градусов гиперзвуковое аэродинамическое качество возрастало до 1,5, существенно увеличивая возможную величину бокового маневра до 1500–1800 км. Но в этом случае нагрев ТЗЭ увеличивался до +1700 градусов С – рубежа, допустимого для имевшихся в разработке сплавов. В процессе наземной экспериментально–стендовой отработки теплозащиты были достигнуты рабочие температуры до +1300 градусов С, однако несмотря на то,что полный цикл испытаний не был завершен, расчетный ресурс теплозащиты оценивался в более чем 50 полетов.Тем не менее, как позднее вспоминал Г.Е.Лозино-Лозинский: «…для металлической теплозащи-ты так и не удалось решить проблему остаточного коробления металла при циклических температурных нагрузках. Становилось очевидно, что теплозащита из жаропрочных сплавов сложна и громоздка в эксплуатации, и решить с ней задачу чрезвычайно тяжело. Нужно искать другие материалы. Керамическая защита, о которой мы получили сведения по «шаттлу», мне показалась намного убедительней. Хотя, приступая к ее созданию, мы были абсолютно «голые короли». Начиная с того, что даже кварцевого песка, из которого можно было сделать тонкие кварцевые нити, у нас в стране не было. Было только задание Министерству геодезии постараться найти месторождение, а пока планировали получать из Бразилии (кварцевая теплозащита американского «шаттла» тоже была изготовлена из бразильского кварцевого песка)».Песок в стране Советов нашелся,и после отработки технологии изготовления кварцевых плиток и их лабораторных испытаний было решено испытать новую теплозащиту в условия реального космического полета. Нужно подчеркнуть, что время ЭПОСА к этому времени уже прошло, и разработчики кварцевого плиточного ТЗП работали уже целиком на «Буран».