СССР, первый полет – 10.11.85 г.
Своими глазами
С.Г. Мороз
Сегодняшний выпуск, как обычно в день 12 апреля, посвящен космонавтике, однако посмотрим мы на «обычный» самолет, предназначенный для полета только в пространстве воздушном – причем даже и не очень высоко. Создали его как летающую лабораторию для испытаний самолета воздушно-космического «Буран» на единственном участке полета – посадочном, когда скорость уже снижена от орбитальной порядка 28800 км/ч до дозвуковой, когда этот космический корабль летит и управляется как самолет. Крыло создает подъемную силу, обеспечивая продольную и поперечную устойчивость, вертикальное оперение – устойчивость по рысканию и, при необходимости, силу тормозящую, а рулевые поверхности направляют самолет по воле пилота или (основной режим) бортовой системы автоматического управления, получающей сигналы от наземных «маяков» на аэродроме посадки. Многоразовый космический корабль «Буран» – это даже не самолет, а планер или «мотопланер», двигатели свои он имеет, но лишь для довыведения на орбиту, кода отработали 1-я и 2-я ступени ракеты-носителя «Энергия», ориентации его в безвоздушном пространстве, торможения и управляемого схода с орбиты, но также и для ухода на второй круг, если посадка с первого захода не получается.
Однако я отвлекся. Раздел «Своими глазами», в отличие от «Справочника», особых технических и исторических подробностей не предполагает, зато здесь будут снимки этого необычного самолета – и Вы, уважаемый читатель, тоже сможете увидеть его таким, как видел я. Да многие его и без меня смотрели – он выставлялся на МААКСе, но теперь «приземлился» далеко от своего Отечества, на западе Германии в Техническом музее в Шпайере. Наверное, это уже последний аэродром «покатавшегося по миру» экспериментального самолета БТС-02.
Пару слов о самом музее. Он, как и подобный Музей техники в Зинсхайме, что называется, на любой вкус. Самых разных образцов всего, что ездит, плавает и летает в атмосфере и за ее пределами живьем и в макетах, целиком и по частям настолько много, что все это «разложить по полочкам» оказалось очень не просто, однако в Шпайере, по крайней мере, попытались сделать это. Там есть космический павильон, который называется «”Аполлон” и дальше» – к названию придираться не стану, поскольку есть там кой-чего интересного и до американской лунной программы, которая тоже представлена, а пойдем сразу к БТС-02. Он – царь этого зала.
Естественно, под крышей, ему уютнее, чем под осенним дождиком, но и снимать там сложнее. Сочетание мощных и «острых» источников искусственного освещения с окнами в крыше создают не самые простые условия для съемки этого объекта в черных и белых цветах. Народу много (а был я первый раз в выходной, а второй – в будний день и то же самое), но на таких больших штуковинах это как раз не особо сказывается. В то же время из-за размеров выбор точек съемки становится затруднителен. Особенно, если и от других экспонатов, которые «мешают стать где надо», тоже разбегаются глаза. Зато в зале есть антресоли и можно на них подняться, чтоб взглянуть на все это еще и сверху. Вернее, по крайней мере, сбоку, а не снизу, с земли – поскольку аппарат высокий, шестнадцать с половиной метров до верхушки киля.
Разработало экспериментальный самолет БТС-02 Научно-производственное объединение «Молния», основанное Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 24 февраля 1976 года как предприятие 12-го главного управления Министерства авиационной промышленности для создания планера орбитального космического корабля многоразового использования «Буран». Планер в данном случае – это весь космический корабль без целевого оборудования и силовой установки. В НПО «Молния» вошли опытные конструкторское бюро «Молния», специально для этого сформированное, технологическое КБ «Буревестник» и Экспериментальный машиностроительный завод В.М. Мясищева. Генеральным директором и Главным конструктором объединения назначили Глеба Евгеньевича Лозино-Лозинского, до этого руководившего работами по авиационно-космической системе «Спираль».
На новой «фирме» оказалось много выходцев из ОКБ Микояна, где они занимались чем-то подобным. Подобным будущему «Бурану» и американскому «Спейс Шаттлу» – подобным, да не совсем таким. И не с такими результатами. Могли ли они, результаты, стать лучше, и кто виноват, что так не вышло – вопрос отдельный. Но тогда решили «наверху» – если такой многоцелевой многоразовый и вместительный космический корабль, как американский «Шаттл», нам нужен, тогда и делать надо его таким, как у них или нечего морочить голову. У вас есть свои предложения? Прекрасно – сделаете порученное, потом и о них поговорим, и о том, сколько это стоить будет. А ока они сделали быстрее! А вы?
Итак: делаем «как у людей»: бесхвостка с дельтовидным крылом переменной стреловидности при малом относительном удлинении и с однокилевым оперением с умеренными значениями удлинения и стреловидности. Кабина в носу, грузовой отсек в средней части фюзеляжа с двустворчатым люком сверху, что удобно на орбите, двигатели ориентации в носу и в хвосте, а служащие третьей орбитальной ступенью и для ухода на второй круг на посадке – только в хвосте. И на самолете-аналоге все точно так же за исключением того, что часть систем можно ставить макетными.
Аэродинамические, конструктивные и технологические особенности – тоже заимствуем? Ну, как сказать… Выйдет ли, обложившись кипами журналов с картинками, скопировать по ним, к примеру, легкомоторную классику авиации общего назначения Цессну 172 или Бичкрафт «Бонанза»? Вряд ли, но можно создать нечто похожее. И оно будет летать – не хуже, при наличии своей головы на плечах. Информации о «Спейс Шаттле» нашли великое множество, но только вот такой – картинки в журналах. И, несмотря на «системную оппозицию» многих ведущих специалистов и в НПО «Молния», и на предприятиях-смежниках, решили делать «Советский Шаттл». «Прототип» которого тогда еще только в цехе стоял – и первый полномасштабный корабль «Колумбия», и экспериментальный аналог «Энтерпрайз» для испытаний только на посадочном участке полета. Можно представить, что имели конструкторы НПО «Молния» в качестве «прототипа для копирования» американской вещи… Говорите, наша разведка? Ну да, конечно… Как же, как же!
И вот что получилось в промежуточном итоге – атмосферный аналог. Официально – «большой транспортный самолет БТС-02 или 002, изделие «0.02», он же ОК ГЛИ, орбитальный корабль для горизонтальных летных испытаний. Пойдем смотреть его ближе.
БТС-02, как и «Буран», и «Шаттл», низкоплан, нижняя поверхность корневой части крыла переходит в днище фюзеляжа гладко. Это позволяет и подъемную силу получить достаточную, в том числе и для посадки с приемлемой скоростью – при сравнительно небольшой для современных самолетов удельной нагрузке порядка 285 кило на метр несущей площади. Не маленькое крылышко вышло – можно представить, какие силы и напряжения возникают, когда оно «врезается» в плотные слои атмосферы. А температуры?
Динамический нагрев такого большого корабля потребовал его особой конструкции – не только с высокой длительной прочностью, но и ремонтопригодной. Для многоразового использования. Наружная обшивка выполнена из особого неметаллического теплоизолирующего материала в виде отдельных плиток малой площади и разрушение отдельных таких плиток не опасно. Такая обшивка стоит очень дорого, каркас под ней тоже не дешевый, но аналог оказалось выгодно делать точно так, как «космоплан» а не проектировать его планер заново как обычный самолет.
«Буран» делали планером с двигателями, работающими только на отдельных участках полета, как и «Шаттл», причем последний их на посадке не использовал, а атмосферный аналог «Шаттла» «Энтерпрайз» вообще двигателей не имел и запускался «со спины» специально доработанного Боинга 747 Shuttle Carrier Aircraft (SCA), который мог перевозить и полномасштабные космические челноки. Такой самолет 3М-Т, далее названный ВМ-Т «Атлант», переоборудовал из самолетов-заправщиков 3М и Экспериментальный машиностроительный завод Мясищева – но, по крайней мере, пока, только как транспортное средство без возможности воздушного запуска. А БТС-02 взлетал с обычного аэродрома сам – как обычный самолет.
Для этого он получил четыре двухконтурных турбореактивных двигателя – два АЛ-31Ф с незначительными изменениями против серийного их вида и два АЛ-31 без форсажных камер. Каждый установлен в своей гондоле – две непосредственно на хвостовой части фюзеляжа по бокам киля и две по ее бортам на коротких пилонах. Двигатели отрегулированы на общую взлетную тягу 40000 кгс.
Неожиданной проблемой оказался отвод пограничного слоя воздуха на верхних заборниках, прижатых в отличие от боковых к фюзеляжу – обычные в таких случаях щитки мешали открытию задних секций створок грузового люка. Еще один вопрос – установка защитных крышек на воздухозаборники верхних двигателей на стоянке – ходить по обшивке крыла и фюзеляжа лишний раз не рекомендуется, даже если в космос она и не полетит, а стремянка получалась просто титаническая. Тогда появилась идея совместить дефлекторы для отвода пограничного слоя воздуха с защитными крышками, сделав их по их входному размеру и поднимающимися. Но последнее для закрытия каналов верхних мотогондол на стоянке и для транспортировки так и не использовали – «вавилонскую стремянку» все равно пришлось делать и съемные крышки на верхние воздухозаборники сделали обычные.
Работают маршевые двигатели БТС-02 как у обычного самолета на керосине. Естественно, вся топливная система экспериментального аппарата не такая, как на космическом корабле – топлива в ней больше, но сама она проще и все оно размещается в общей «бочке». Ее поставили в грузовом отсеке ближе к центру масс, который требовалось сделать там же, где он будет у космического корабля «Буран».
Главная часть самолета – крыло. На БТС-02 его обводы точно такие же, как на «Буране», и конструкция тоже. Но за исключением передней кромки.
После спуска с орбиты она останется настолько нагретой, что обледенение ей точно не грозит, но обычный самолет – другое дело и носки крыла БТС-02 сделаны с учетом этого. Они с воздушно-тепловой противообледенительной системой и потому из нержавейки, а не из «того же материала», что и остальные консоли.
Приземляясь, космический корабль «Буран» изменяет свою скорость от 28800 км/ч до нуля. Там где он идет на семи с лишним Махах и воздуха-то нет, вернее, почти нет и ведет он там себя совершенно не так, как обтекая пусть даже и SR-71 или МиГ-25. Гиперзвук требует своей аэродинамики – и «Шаттл» с «Бураном» сделаны с учетом этого. А «Энтерпрайз» и БТС-02 их обводы повторяют. Особенности их крыльев – «толстая» скругленная передняя кромка, особая аэродинамическая крутка и «плоская» задняя кромка.
Переход от большой стреловидности передних кромок корневой части крыла к умеренной на консолях выполняется радиусным сопряжением и это же место изменения аэродинамических профилей несущей поверхности. У корня зона наибольших строительных высот оттянута назад за середины хорд, а на консолях смещается вперед как на обычных дозвуковых самолетах. Переход от верхней поверхности крыла к боковым панелям фюзеляжа без зализа – обтекание этого места определяет форма не его самого, а крыла на виде в плане. Излом создает такие вихревые течения, которые все равно этот «угол» оставляют в затененной собою зоне.
***
Физкульт-минутка – как обычно у нас с позитивным каналом Деревянные лошадки. Дерево как материал годится во всем – от велосипедов до самолетов! Просто, практично, красиво!
***
На коневых частях и на консолях крыла «Бурана» и БТС-02 установлены четыре секции аэродинамических поверхностей управления: внутренние совмещают функции рулей высоты и закрылков, а внешние – еще и элеронов. Их задние кромки плоские – то есть верхние и нижние дужки профилей крыла по ним не сходятся в ноль, а замыкаются прямыми участками, расположенными перпендикулярно плоскостям хорд.
Похожи крылья «Шаттла» и «Бурана» и скругленными законцовками. Но именно похожи – не совсем один к одному. Хотя бы уже потому, что никто не давал конструкторам в СССР полных и точных размеров крыла «Шаттла». Но работающую хотя бы в теории идею менять не стали – она давала приемлемое обтекание концевых частей во всем диапазоне чисел М и обеспечивала нормальную работу элеронов.
Как сказано выше, нижние поверхности крыла и фюзеляжа – по сути единое целое. Они заканчиваются они подвижным хвостовым щитком, работающим как и закрылок руль высоты. Так что бесхвосткой «Буран» и БТС-02 можно считать лишь условно.
Фюзеляж – самый большой и сложный конструктивно агрегат и американского «Шаттла», и советского «Бурана», и их атмосферных аналогов. Не будем говорить банальностей о том, что в нем находится «наше все», про простые и похожие формы, а лучше посмотрим на него снаружи и внутри. Начнем с носа.
Космический корабль «Буран» разрабатывался для полетов в полностью автоматическом режиме, в пилотируемом с экипажем из двух человек и для доставки космонавтов на орбитальную станцию, для чего имелись дополнительные места. Общий объем обитаемого пространства кабины летчиков и бытового отсека под ней – семьдесят кубометров. Автоматический режим посадки предполагалось отрабатывать как раз на БТС-02, но экипаж присутствовал во всех испытательных полетах.
Окинем аппарат взглядом снаружи еще разок.
Последний крупный агрегат планера, который мы еще не посмотрели, – вертикальное оперение. Как и на «Спейс Шаттле», оно состоит из киля и руля направления, а последний разделен для повышения надежности на верхнюю и нижнюю секции. Каждая имеет свое отдельное управление, которое синхронизируется друг с другом в зависимости от числа Маха. Особенностью формы в плане киля является прямой участок у корня передней кромки вместо обычного форкиля большей стреловидности, как и на «Шаттле». Есть прямой участок выше руля направления, задняя кромка которого сделана стреловидной – контур киля «американской редакции» в то время имел в этом месте участок стреловидности обратной, вскоре замененный радиусом.
Руль направления на пробеге играет роль и тормозного щитка – для этого обе ее секции расщепляются «крокодилом».
Шасси экспериментального самолета БТС-02 обычное трехточечное с носовой опорой. Посмотрим его подробнее и ближе. Носовая опора убирается назад в отсек под кабиной экипажа.
Основные опоры шасси убираются в корневые части крыла движением вперед – против встречного потока. Они пирамидальные и также поддерживаются складываемыми подкосами, их стойки скорее не Y-, а Т-образные, а крайние точки их замкнуты жесткими боковыми подкосами. Подкос ломающийся сделан Y-образным.
***
Перекур. Чтобы отдохнуть чуток, прежде чем пойти дальше, перекур – дело совершенно необходимое. Но курить – здоровью вредить, а вместо этого лучше прокатиться на велосипеде, да осмотреться вокруг! Лучше всего это сделать на канале «Деревянные лошадки»
***
29 декабря 1984 г. летчики испытатели Летно-исследовательского института Министерства авиационной промышленности Игорь Петрович Волк и Римантас Антанас Станкявичус выполнили на экспериментальном самолете БТС-02 первую пятиминутную рулежку на малой скорости, до 45 км/ч, по аэродрому Раменское. Она прошла не совсем штатно – настолько, что вторая попытка состоялась только 2 августа следующего года – разгон до 205 км/ч и плавное торможение, на все ушло 14 минут. Впрочем, семь месяцев потратили не только на шасси – но и на монтаж контрольно-записывающей аппаратуры, а главное – на отладку системы автоматического управления и ее программного обеспечения, когда БТС-02 использовался как полномасштабный стенд космического корабля «Буран». Но основная часть этой работы должна была выполняться в полетах.
5 октября 1985 г. в третьей рулежке продолжительностью 12 минут случилась поломка. Разогнались до 270 км/ч – но на последующем торможении лопнуло одно из колес основных опор шасси. Его просто заменили и через десять дней вышли на скорость 300 км/ч с отрывом от бетонки носовых колес. Время испытания зачетное – одна минута. Через месяц, 5-го ноября, сделали контрольную рулежку (12 минут, скорость до 170 км/ч) и 10-го Волк и Станкявичус впервые подняли БТС-02 в воздух. За 12 минут поднялись на 1500 м и достигли скорости 480 км/ч. Второй полет 3 января 1986 г. занял уже 35 минут и в нем начали отрабатывать собственно управление «Бурана» и определять его летные и аэродинамические характеристики. Достигнута скорость 520 км/ч и высота 3000 м.
Другой экипаж, Анатолий Семенович Левченко и Александр Владимирович Щукин, впервые занял рабочие места в кабине БТС-02 для проведения испытания 26 апреля 1986 г., но рулежка длительностью 14 минут снова прервана поломкой – такой же, как 5 октября 1985 г. Стало ясно, что шасси надо улучшать.
27 мая 1986 г. сделали следующий полет Волк и Станкявичюс: 23 минуты с выполнением съемки БТС-02 с самолетов сопровождения Л-39 и Ту-134, 4000 м высоты и скорость 540 км/ч, но главное – посадка и малые скорости. Управляемость в норме.
Четвертый полет их же прошел 11 июня 1986-го вместе с другой летающей лабораторией «Бурана» – БТС-02 сопровождал один из двух переоборудованных для этой цели двухместных МиГ-25ПУ для сравнения их динамических характеристик. Конечный эшелон 4000 м, максимальная скорость 530 – но главное, сделали первое полуавтоматическое планирующее снижение по радиомаякам.
Первостепенное содержание испытательных полетов самолета БТС-02 – измерение его динамических характеристик на снижении и посадке, проверка соответствия им и при необходимости отработка с внесением изменений системы автоматического управления, «железа», радиоканалов связи с наземными системами и программного комплекса.
Для этого БТС-02 получил датчики аэродинамических параметров на вынесенной вперед в невозмущенный поток штанге и непосредственно на носу фюзеляжа, а также другие – барометрические, радиочастотные и измеряющие скорости и перегрузки линейные и угловые.
20 июня 1986 г. такой же режим отработали Левченко и Щукин – 4500 м, 600 км/ч, общее время полета 25 минут. Они же 28 июня 1986-го «на полуавтомате» снижались до ста метров – в шестом полете продолжительностью 23 минуты скорость максимальная 600 км/ч, высота 4000 м.
Следующий шаг сделали Волк и Станкявичюс 10 декабря 1986 г. – седьмой полет, 4300 м, 600 км/ч, 24 минуты, снова полуавтоматическое снижение с переходом на ручной режим на малой высоте и в восьмом полете (6000 м, 600 км/ч, 17 минут) – снижение на САУ почти вплоть до касания ВПП.
В девятом полете продолжительностью 17 минут 29 декабря 1986 г. Левченко и Щукин лишь контролировали снижение БТС, посадку и торможение до полной остановки, но «дожать ручку» для опускания передней опоры шасси пришлось вручную. «Зачет» не получен – впервые все штатно полностью прошло у Волка со Станкявичусом 16 февраля 1987 г. в девятом полете, продолжавшемся 28 минут, начало режима – с высоты 4000 м. Однако шасси и управление им уже на пробеге продолжало беспокоить – для отладки системы Левченко и Щукин сделали двухминутную седьмую рулежку 25 марта и следующую в 25 минут 30 марта 1987 г.
Дальше автоматические посадки выполнили Левченко и Щукин 21 мая 1987 г. с высоты 4500 м (на всё – 20 минут), 25 июня 1987 г. Станкявичюс (на командирском кресле) и Волк (4900 м, 19 минут), 5 октября 1987 г. Щукин и Волк (4900 м, 21 минута), 15 октября 1987 г. Иван Иванович Бачурин и Алексей Сергеевич Бородай (4000 м, 19 минут), 16 января 1988 г. снова Волк и Станкявичюс (4200 м, 22 минуты в сопровождении летающей лаборатории МиГ-25ПУ и самолета киносъемки Су-17УМ), а «закруглили» первый этап испытаний Бачурин и Бородай – 4000 м, 11 минут, штатная автоматическая посадка. В дальнейшем именно 4000 м определили высотой начала снижения в остальных зачетных полетах.
Но перерыв был недолог. Через месяц пошли полеты по дополнительной программе отработки автоматической посадки: 23 февраля 1988 г. Бачурин и Бородай – 22 минуты, 4 марта 1988-го – Волк и Станкявичюс, 3900 м, 18 минут со сравнением динамики «Бурана» и ЛЛ МиГ-25ПУ и с киносъемкой. Это же повторили Бородай и Бачурин 12 марта 1988 г. – 20 минут, затем они же 23 марта 1988-го провели самый длительный полет БТС-02 – 43 минуты, посадка на автомате с высоты 4000 м, через пять дней снова это экипаж выполнил полет продолжительностью 19 минут с посадкой на САУ в сопровождении МиГ-25 ЛЛ и Су-17. Двадцать второй испытательный полет БТС-02 продолжительностью 20 минут 2 апреля 1988-го провели Станкявичюс и Щукин – его снимали на пленку с борта Л-39, восьмого слетали они же, поменявшись креслами (Щукин сел на командирское) и вскоре завершили всю дополнительную программу – последний для БТС-02 двадцать четвертый полет, длившийся 19 минут, сделали 15 апреля 1988 г. снова Волк и Станкявичюс.
Так прошло три с лишним года – за которые в стране очень много чего изменилось. И там на верху тоже – а по телевизору вдруг стали говорить, что нам, народу, не хватает джинсов с колбасой, а космос нам не нужен. Конечно, кому как не им там знать, что мне надо, и без чего я тут внизу обойдусь. Оно конечно правильно – на то оно и правительство, чтоб решать за всю страну – но все ли решения правительства правильные и какова цена его ошибок? В данном случае она равнялась той сумме, которую вложили в титаническую программу «Энергия – Буран», в которой герой нашего сегодняшнего рассказа экспериментальный самолет БТС-02 являлся частью важной, но далеко не самой затратной. Она могла дать материальную отдачу – но ей сделать это не дали.
Надежда умирает последней. Первый пуск «Энергии» с «макетным» спутником – авария. Причину нашли, устранили и вот уже сам «Буран» слетал «на ура». Может и дальше пойдет – и БТС тоже поддерживают в летном состоянии на будущее. Но его, будущего, уже нет, даже тон репортажей об этом какой-то унылый, а вскоре и вообще всё – программа закрыта. И вместо планов полетов тяжкие мысли о том, кому бы это все продать и как потратить комиссионные. Быстрые деньги вместо далекого космоса…
Ну ладно – хватит о грустном, праздник все-таки. Лучше давайте наконец-то зайдем внутрь экспериментального самолета БТС-02.
Створки грузового отсека на нем – типичный авиационный стрингерный полумонокок. Он силовой и в закрытом положении воспринимает нагрузки вместе с остальным набором фюзеляжа, касательные напряжения передаются на замки, установленные в местах соединения бимсов с усиленными шпангоутами. Особое требование – сохранение условной герметичности под нагревом на больших числах М. «Жить без скафандра» там нельзя, но на старте и на посадке этом месте не должно возникать таких потоков, которые могут эти большие крышки сорвать.
И, наконец, кабина летчиков – войти туда нельзя, но можно заглянуть сквозь стекло. Она похожа на обычную самолетную, включая катапультируемые кресла К-36, расположение органов управления и приборов. Разве что остекление поменьше и средний сектор обзора полностью закрыт. На местах летчиков ручки управления самолетом (крен и тангаж) и педали (канал рыскания), между ними на БТС-02 – блок рычагов управления турбореактивными двигателями АЛ-31, на «Буране» свои особенности, однако рассматривалась возможность использования БТС-02 и как средства подготовки космонавтов к полетам на полномасштабном ВКС.
Но – не сбылось, а теперь и планы другие, и пути и способы их осуществления. Но как знать, может и воздушно-космические самолеты еще понадобятся. Как говорится поживем – увидим. А пока – с праздником, товарищи!
Смысл использованных в статье и таблицах определений, понятий и сокращений можно узнать, открыв наш краткий словарь по авиации и ракетной технике
Послесловие не в тему: а теперь, уважаемый читатель, одолев очередной раздел Справочника, можно «пересесть» с летательного аппарата на велосипед или на самокат, что кому нравится, и прокатиться с ветерком вместе с каналом Деревянные лошадки. Но и о самолетах там можно кое-что найти – естественно, о деревянных