Появление на телеэкране стартующих ракетоносителей и космических “челноков” стало обыденностью. Околоземную орбиту уже посетили первые туристы. Заговорили о скором полете пилотируемой экспедиции к Марсу (Луна – пройденный этап!). Воображение рисует радужные перспективы космонавтики обозримого будущего. Не тут то было! Катастрофы американских “Шаттлов” и гибель нескольких советских орбитальных экипажей свидетельствуют об одном: тропинка, проложенная человечеством за пределы родной планеты, изобилует множеством опасностей. Недавняя гибель “Коламбии” заставляет усомниться в перспективности американской программы освоения космоса. Если сейчас, в начале ХХI века проходят такие нелепые катастрофы, демонстрирующие несовершенство космической техники, то, позвольте, как можно поверить в то, что 21 июля 1969 г. Нейл Армстронг ступил на поверхность Луны. Экипажи последующих экспедиций даже разъезжали по лунным долинам на электромобиле! А ведь это было тридцать лет назад… Видимо освоение даже ближнего космоса откладывается на неопределенное время.
Сегодня мы поговорим об альтернативе космических ракетоносителей – обитаемых кораблях многоразового использования. Их история начинается в конце 30-х гг. ХХ в. в нацистской Германии.
Первую идею космического стратоплана выдвинул инженер Ойген Зенгер (1905-1964 гг.) В 1923-1929 гг. он закончил курс высших технических школ Граца и Вены и вскоре перешел в ракетный научно-исследовательский институт в Трауэне. К концу 30-х гг. О.Зенгер успел поработать над проектами планеров и реактивных двигателей. В 1931 г. начинающий физик Зенгер разработал реактивный двигатель с необычной сферической камерой сгорания и оригинальной системой охлаждения: предварительно охлажденное топливо прокачивалось через наружную рубашку камеры сгорания и только потом поступало в камеру. Двигатель Зенгера развивал приличную по тем временам тягу – 25 кгс. После 1938 года, когда Австрия вошла в состав Третьего рейха, О.Зенгер начинает работать над заказами нацистских Люфтваффе. Совместно с физиком-теоретиком И.Бредтом он приступил к созданию математической модели сверхдальнего сверхскоростного бомбардировщика – гиперзвукового реактивного самолета взлетной массой 100 тонн (американская “летающая крепость” Б-17 весила 30 тонн). Бомбардировщик стартовал с аэродрома при помощи ускорителя – реактивной рельсовой тележки. Достигнув скорости 6 км/сек, самолет поднимался на высоту около 160 км и начинал планировать, время от времени погружаясь в плотные слои атмосферы, чтобы оттолкнуться от них и набрать скорость. Первое “погружение” в атмосферу бомбардировщик совершил бы уже в 12,3 тыс.км от места старта, а девятое – в 15,8 тыс.км! К концу 1942г. проект был представлен командованию Люфтваффе, но после начала сталинградской катастрофы Геринг и Гитлер отвергали практически все теоретические разработки, далекие от реализации в ближайшие год-полтора.
После окончания Второй мировой войны в США и Советском Союзе активно “пожинали плоды” немецкой ракетной программы 30-40-х годов. Баллистические ракеты V-2 В.фон Брауна стали прототипами советских и американских ракетоносителей 50-х – начала 60-х годов. Идеи О.Зенгера трансформировались в разработку пилотируемых орбитальных кораблей, стартующих с гиперзвукового самолета.
В 1965г. при микояновском ОКБ было сформировано специальное КБ “Молния”, которое начало работу над проектом “Спираль” – космическим истребителем. Конструкторское бюро “Молния” возглавил гениальный конструктор Глеб Лозино-Лозинский. Накал событий холодной войны требовал наличия в составе Вооруженных Сил боевой техники, способной эффективно бороться с межконтинентальными ракетами на наиболее уязвимом орбитальном участке траектории. Космический истребитель мог безнаказанно расстреливать вражеские ракеты, оставаясь вне досягаемости зенитных средств любой мощности. Лозино-Лозинский понимал, что старт его космического истребителя должен быть незаметным и самое главное – высокомобильным.
Запуск первого комплекса “Спираль” (космический истребитель крепился под фюзеляжем стратегического бомбардировщика ТУ-95) запланировали на начало
70-х годов. Самолет поднимался на высоту 6-7 км, космонавт переходил в орбитальный истребитель и начинал самостоятельный полет. Пилотируемая космонавтика стояла на пороге революционного прорыва. Дорогостоящие, капризные и опасные ракетные системы становились второстепенным средством вывода на орбиту грузов и научного оборудования.
Когда чертежи “Спирали” показали министру обороны СССР маршалу Гречко, тот в свойственной ему манере резюмировал: “Нечего заниматься ерундой… Фантастика все это!”. Официально работы по “Спирали” прекратили. Для Лозино-Лозинского решение руководства было страшным ударом. Конструктору навязали концепцию американских “Шаттлов”, бесперспективность которой он определил еще в конце 70-х годов. Далее события развиваются по сценарию, действительно достойному фантастического романа.
Лозино-Лозинский решает не прекращать работу над своим детищем. Рубеж 70-х и 80-х годов – это время московской олимпиады, дряхлеющего Брежнева и начала разрушения советской империи. Именно благодаря ослаблению тотальной слежки, Лозино-Лозинскому удалось скрыть от руководства страны постройку копии “Спирали” – орбитального самолета “Бор-4”. Самое невероятное, что “Бор-4” был запущен в космос в 1982 году без ведома ЦК КПСС! Орбитальный самолет благополучно приводнился в Индийском океане, где его ожидали корабли Тихоокеанского флота.
Американская разведка с изумлением следила за полетом маленького космического аппарата, похожего на самолет. В район предполагаемого приводнения неизвестного объекта, запущенного русскими, устремились самые быстроходные корабли ВМС США. Безусловно, американцы рассчитывали опередить корабли Тихоокеанского флота и заполучить этот “объект”. Не успели. “Бор-4” уже плескался в океанских волнах в окружении советских кораблей. ЦРУ довольствовалось лишь фотоснимками, сделанными с самолета “Орион”, и видеосъемкой спуска орбитального самолета.
После успешного запуска “Бора” был накоплен бесценный опыт для дальнейшей работы над аналогом заокеанского “Спейс Шаттла” – “объектом 002”. Несмотря на поразительные успехи КБ “Молния”, проект Глеба Лозино-Лозинского встретил серьезное противодействие со стороны “ракетчиков”. Допускать в космическую программу авиацию никто не собирался. Поэтому для запуска советского космического “челнока”, названного “Бураном”, начинается разработка универсального ракетного комплекса “Энергия” (НПО возглавили член-корреспондент АН СССР Ю.Семенов и доктор технических наук Б.Губанов под общим руководством академика В.Глушко). Но Лозино-Лозинский не сдался. Его новым детищем стала многофункциональная авиакосмическая система (МАКС).
Весной 1985г. началось проектирование универсальной транспортной системы – самолета Ан-225 “Мрия”. Уже 21 декабря 1988г. Ан-225 совершил первый полет. Получился уникальный транспортный самолет с размахом крыльев 88,4 м и длиной фюзеляжа 84 м. Максимальная грузоподъемность “Мрии” составила 500 т! (250 т внутри фюзеляжа и 250 т на внешней подвеске). Двухкилевое разнесенное оперение делает машину устойчивой даже на максимальных высотах (потолок 12410 м), несмотря на искажение аэродинамических характеристик внешним грузом. Спроектированный как часть программы “МАКС”, Ан-225 мог нести на внешних узлах подвески любые цельные грузы длиной до 70 м и диаметром до 10 м. Модернизированный “Боинг-747” предназначен только для перевозки “Шаттла”.
“Буран” (или “объект 002”) выполнен по схеме “бесхвостка” с крылом двойной стреловидности, которое устойчиво работает при больших углах атаки на малых скоростях. Геометрия крыла обеспечивает посадочную скорость около 340 км/час и балансировку орбитального корабля за счет корневых наплывов и крутки крыла по размаху. Органами управления, помимо ЖРД, являются элевоны, подфюзеляжный балансировочный щиток и руль поворота. Фюзеляж “Бурана” разделен на три части: носовую (блок двигателей и двухъярусная гермокабина экипажа), среднюю (отсек полезного груза длиной 18,3 м и диаметром 4,7 м) и кормовую (баки жидкого кислорода и углеводородного горючего, два блока двигателей управления, контейнер с тормозной трехкупольной парашютной системой).
По бокам грузового отсека расположены 12 малых дренажных створок для уравнивания внутреннего давления. При выходе корабля на орбиту он за несколько минут попадает из атмосферного давления в глубокий вакуум. Без дренажной системы все 8 створок грузового отсека сорвались бы с креплений из-за высокого внутреннего давления. Погружаясь в земную атмосферу, вакуумированный грузовой отсек был бы мгновенно раздавлен возросшим давлением.
Поверхность “Бурана” покрывалась термостойкими плитками, изготовленными на основе кварцевого волокна. Во время входа корабля в плотные слои атмосферы передние кромки крыльев, киля, носовой обтекатель и нижняя часть фюзеляжа обтекаются высокотемпературной плазмой (10 тыс. градусов Цельсия). Сам корпус космического челнока, изготовленный из дюралюминия, выдерживает температуру не более 120 °С. Чтобы сойти с орбиты космоплан разворачивается маршевым двигателем против движения и коротким импульсом притормаживает. Затем вновь поворачивается вокруг поперечной оси и перед входом в атмосферу поднимает вверх носовую часть. Дальше начинается монотонное скольжение и неизбежная потеря высоты. Для коррекции угла атаки “Буран” с посадочной массой 82 тонны использовал только аэродинамические плоскости для маневрирования в плотных слоях атмосферы. Маршевые двигатели и малые двигатели высотной коррекции при этом отключаются.
“Объект 002” испытывал специальный отряд летчиков-космонавтов из семи человек: И.Волк (командир), И.Султанов, С.Треслянский, М.Талбоев, Р.Станкявичус, А.Щукин и А.Левченко. Не обошлось без аварий и нештатных ситуаций. “Объект 002”, или “Буран”, прослыл несчастливым кораблем. После испытаний погибли космонавты Станкявичус и Щукин.
Комплекс “Буран”–“Энергия” характерен асимметричностью компоновки, связанной с размещением на блоке ускорителей орбитального космоплана. Четыре боковых блока первой ступени (блоки “А”) смещены относительно продольной оси центрального блока (блок “Ц”). Из-за плотного размещения блоков “А” при разделении ступеней для предотвращения соударений они отделяются попарно. Отделившись на высоте 40 км и скорости 1,8 км/с, блоки летят по баллистической траектории. Блоки “А” снабжены парашютно-реактивной системой приземления. Спасение тонкостенных жидкостных ускорительных блоков “Энергии” – значительно более сложная задача, нежели спасение твердотопливных ускорителей американского комплекса “Спейс Шаттл”. Эта проблема решена советскими конструкторами с блеском.
На блоке “Ц” впервые в советском ракетостроении применяются кислородно-водородные реактивные двигатели. “Буран” крепится к блоку “Ц” двумя узлами связи (нижний является опорным, а верхний – компенсирующим). Космоплан отделяется от разгонного блока на высоте 120 км и скорости, близкой к первой космической. Блок “Ц” падает в Тихий океан, а “Буран” с помощью двух импульсов объединенной двигательной установки (ЖРД орбитального маневрирования) довыводится на опорную орбиту.
В итоге концепция многоразового космического корабля с ракетным стартом дала ощутимый прирост массы выводимого на орбиту груза, по сравнению с обычной ракетой-носителем. Стоимость 1 килограмма выводимого на орбиту “Шаттлом” (или мертворожденной системой “Буран”–“Энергия”) составляет 15-20 тыс.долларов. Вывод на орбиту 1 килограмма современной российской ракетой-носителем “Протон” стоит 8-10 тыс.долларов. Здесь “челноки” явно проигрывают традиционным ракетам. Реализация системы “МАКС” Лозино-Лозинского позволила бы снизить затраты на вывод в космос 1 кг груза до одной тысячи долларов! Американские “Шаттлы” в сравнении с “МАКСом” превращались в дорогостоящую и опасную игрушку…
Как объяснить гибель советской программы космических кораблей с авиационным стартом? Неужели все дело в глупом и даже преступном решении маршала Гречко? Или во всем виновата ревность к “МАКСу” когорты конструкторов-ракетчиков? О другом и думать не хочется.
Наступил очевидный кризис пилотируемой космонавтики. Концепция американских космопланов исчерпала себя, оказалась в тупике. Россия выводит на орбиту корабли, разработанные тридцать лет назад. Хорошие корабли, отработанные до мелочей, но безнадежно устаревшие. Похоже, запахло спешной эвакуацией экипажа орбитальной МКС.
Глеб Лозино-Лозинский ушел из жизни совсем недавно – 21 ноября 2001 года. Конструктор пережил свои детища: орбитальный истребитель “Спираль” и революционную систему “МАКС”.