Skip to content
 

«Буран». Состязание проектов

Предыдущая статья серии

Первая статья серии

Подошло время для написания очередной передовицы. Правда, на этот раз по поводу, не являющемуся государственным праздником «первой категории». Но для меня первый и единственный полёта «Буран» – одно из самых памятных событий, поскольку я был участником работ по этой системе.

Да не просто работ. Это наш коллектив сделал то, что принципиально отличает полёт, состоявшийся 15 ноября 1988 года, от всех полётов американских челноков. Я имею в виду автоматическую – беспилотную и не управляемую с земли – посадку орбитальной ступени. Американцы, насколько я знаю, всегда сажают свой корабль под ручным управлением. Так вот, комплекс программ, реализующих эту автоматическую посадку, и сделали те две с небольшим сотни человек, среди которых тогда был и я.

Но я не буду в этот раз рассказывать прямо про «Буран» – думаю, и без меня будет достаточно таких публикаций. Хотя, наверное, когда-нибудь стоит вспомнить рассказы наших специалистов, работавших во время полёта на космодроме и в ЦУПе; там было не без драматических моментов. Но это всё же частности. А сейчас мне кажется более уместной другая тема: как система «Энергия»-«Буран» стала именно такой, какой стала. Ведь она, во-первых, при всей внешней схожести орбитальных ступеней, совершенно отлична от системы «Спейс шаттл». И, во-вторых, наш многоразовый транспортный космический корабль мог быть и вообще совсем другим.

Такая статья у меня уже готова, она публиковалась в «Спецназе России» в серии о развитии идеи многоразового космического корабля. К сожалению, серию я тогда не окончил… впрочем, я подумаю: может быть, стоит вывесить в блоге то, что написано, а потом, глядишь, и дописать задуманное.

Я назвал ту серию: «Каким быть космическому кораблю XXI века?». Предлагаемая статья в ней пятая. Я хочу сохранить, так сказать, заголовочную структуру серии – на тот случай, если решу вывешивать её полностью. Ещё должен отметить, что при написании в значительной мере опирался на информацию с сайта «Буран»; оттуда же большинство иллюстраций.

Каким быть космическому кораблю XXI века?

Зачем Советскому Союзу нужна была система «Энергия»-«Буран»? Почему «Буран» получился похожим на орбитальную ступень американской системы? Ну, а если уж стали делать, то почему не обеспечили ту же «степень многоразовости», что у «Спейс шаттла» – не смогли или не захотели?

В период «перестройки и гласности» часто приходилось слышать мнение, что вся эта затея стала плодом привычки к бездумному повторению «ихних» технических идей и образцов, развившейся у высшего руководства страны в 1970-х годах. А то, что не получалось в точности так, как «у них», относилось на счёт нараставшего технологического отставания неповоротливой социалистической экономики. Сейчас о «Буране» стали больше говорить как о выдающемся достижении отечественной науки и техники, а акцент критики сместился в рациональную сторону: вот, мол, шаттлы демонстрируют неэффективность и небезопасность, и хорошо, что наша программа почила в бозе – сколько денег сэкономили!

Последнее рассуждение вызывает в памяти известную шутку: «если бы я был таким умным до, как моя жена после!..». Система «Энергия»-«Буран» закладывалась в конкретных условиях конкретного времени, и для того, чтобы понять логику её идеологов, чтобы правильно оценить проделанную работу и степень успеха в достижении целей, которые тогда считались более чем обоснованными, – для этого надо посмотреть на дело из середины, даже из начала 1970-х годов. Тогда ответы на вопросы, помещенные в самом начале, можно будет считать более или менее обоснованными.

Вот этим мы сейчас и займемся.

 

«Буран». Состязание проектов

Недоумения и опасения

Не только Америка задумалась, что же делать дальше в космосе после того, как завершится её лунная эпопея. Советская пилотируемая программа, начатая полётом Гагарина, уже прошла свой героический этап и, можно сказать, вошла в более или менее обыденное русло. Было понятно, что её развитием станет совершенствование космических кораблей линии «Восток»-«Восход»-«Союз», вывод на орбиту всё более совершенных модификаций долговременных станций («Салют-1» запустили в апреле 1971 года) и плановое, из года в год, осуществление научных исследований, технических экспериментов и, конечно, военных мероприятий на базе этой техники. Но каким должен стать не следующий шаг, а следующий этап нашего продвижения в космос?

Идея многоразовой космической системы в качестве следующего поколения средств выведения была, конечно, не чужда и нашему руководству. 27 ноября 1970 года в ЦК КПСС был представлен проект Постановления № 13/1064 «О плане работ по развитию ракетно-космической техники на 1971–1975 годы», подписанный рядом министров и крупнейших ученых, в котором профильным организациям предписывалось провести основательный анализ возможных концепций транспортных кораблей многоразового использования.

Надо сказать, что промышленность поначалу отнеслась к этому заданию без большого энтузиазма. Поскольку система (её стали называть МКС – многоразовая космическая система) должна была состоять из ракетной и авиационной составляющих, то головными организациями становились Министерство общего машиностроения (МОМ) и Министерство авиационной промышленности (МАП). А у них у всех работы хватало и без МКС.

В МОМе, помимо успешно осуществлявшейся программы исследования Луны автоматическими аппаратами, разработки новых фоторазведчиков «Янтарь», наращивания и эксплуатации группировок серийных связных и навигационных спутников, шла большая и перспективная программа по долговременным орбитальным станциям, и не был ещё поставлен крест на самом любимом детище Королёва – лунном экспедиционном комплексе из корабля Л3 и сверхтяжёлой ракеты-носителя Н1. Челомей усиленно трудился над «боевым космосом»: станциями «Алмаз» и аппаратами для противоракетной и противоспутниковой обороны.

В МАПе в это время доводились и модернизировались массовые истребители третьего поколения и закладывались основы четвёртого, разрабатывалась знаменитая «сотка» КБ Сухого, продолжалась работа по Ту-144 и начиналась – по стратегическому многорежимному Ту-160, а ещё были Ил-86, модификации Ту-22М («Бэкфайр»), штурмовик Су-25, амфибии Бериева, вертолёты Миля и Камова… Кроме всего прочего, в том же МАПе не хватало мощностей для выпуска нужного количества авиационных и ракетных двигателей для целого ряда более чем актуальных «изделий».

Тем не менее и военно-политическое руководство, и лидеры соответствующих отраслей науки и промышленности не могли оставить без внимания столь фундаментальный и вместе с тем не вполне понятный факт, как разворачивание работ по «Спейс шаттлу».

Действительно, эта программа не имела убедительного объяснения с точки зрения текущих потребностей американской астронавтики. Ведь в это время Америка выводила на орбиту ежегодно около 150 т, и при этом почти ничего оттуда не забирала. А тут – 4 «челнока» грузоподъёмностью 29,5 т каждый, которые вместе будут совершать 60 полётов в год, то есть, если по максимуму, выводить 1770 т – почти в 12 раз больше!

Да ещё возможность возвратить в год до 870 т! А что, собственно, возвращать? Габариты грузоотсека шаттла как раз позволяют загрузить в него наш «Салют» или «Алмаз» – ну, может быть, «отломав» что-то малоинтересное для уменьшения веса до допустимых для посадки 14,5 т.

Задумаешься…

Официально задумались в марте 1972 года, когда вопрос МКС впервые был рассмотрен на ВПК – Комиссии по военно-промышленным вопросам при Президиуме Совета министров СССР. В следующем месяце состоялось решение ВПК за №86, и с этого момента работа по советскому «многоразу» была поставлена под контроль ЦК и ВПК.

Расчёты показывали, что многоразовая система с точки зрения экономичности выведения уступает обычным ракетам-носителям того времени. К тому же надежность многократно используемых элементов, как и любой другой техники, уменьшается в процессе эксплуатации, тогда как у одноразовых ракет она увеличивается – за счёт усовершенствований, вносимых в последующие экземпляры на основании опыта пусков предыдущих.

С другой стороны, большое впечатление производили специфические возможности многоразового корабля.

Космический грузовик, по-самолётному садящийся на аэродром, может спускать с орбиты спутники, как свои – для ремонта, модернизации, дозаправки, так и чужие – для изучения в интересах научных организаций, промышленных компаний и военного ведомства. Он представляет собой отличную платформу для размещения различного сменного оборудования, что обеспечивает возможность того же ремонта и дозаправки комических аппаратов прямо на их «рабочих местах», а также делает его базовым инструментом для новых методов монтажа больших сооружений на орбите и их обслуживания. На него можно устанавливать дорогостоящие приборы для космических исследований и всевозможных экспериментов, его можно использовать в качестве летающей лаборатории для натурной отработки агрегатов и систем будущих космических аппаратов – ведь всё это он привезёт обратно.

На той же платформе можно размещать противоспутниковые боевые системы, или какое-нибудь «оружие будущего» типа сверхмощных лазеров для поражения наземных целей; вполне представимым был и вариант использования «челнока» как бомбардировщика, сбрасывающего термоядерные боеприпасы в некоторой точке кратковременного «нырка» с орбиты в верхние слои атмосферы.

Вырисовывалась неприятная перспектива технологического отставания в области освоения космоса, отягощенная к тому же предчувствием получения Штатами военного преимущества стратегической значимости.

Да, всё это выглядело не очень определённо, и мысли о том, что США хотят втянуть нас в очередную гонку на истощение, высказывались уже тогда. Но риск, связанный с игнорированием американской программы, был слишком велик. И выбор был сделан: нам надо строить аналогичную систему, чтобы «исключить возможную техническую и военную внезапность, связанную с появлением у потенциального противника многоразовой транспортной космической системы «Спейс шаттл» – принципиально нового технического средства доставки на околоземные орбиты и возвращения на Землю значительных масс полезных грузов» (это – из документов МОМа м Министерства обороны).

В конце декабря 1973 года решением ВПК были определены три варианта предварительной проработки советской многоразовой космической системы: на базе сверхтяжелой «лунной» ракеты Н1, на базе носителя «Протон» с лёгким космическим самолётом, предлагавшимся Челомеем, и на базе орбитального самолёта системы «Спираль» с тем же «Протоном» в качестве средства выведения.

В результате получилось нечто четвёртое. Челомеевский орбитер сочли слишком маленьким; «Спираль» уже давно не пользовалась популярностью в высших кругах руководства страны; а программу Н1 закрыли после четвёртого аварийного пуска. Последнее обстоятельство стало основанием для организации Научно-производственного объединения (НПО) «Энергия», во главе которого в мае 1974 года был поставлен Валентин Петрович Глушко.

Вот ему-то, совместно с министром общего машиностроения Афанасьевым, и было поручено подготовить предложения о плане дальнейших работ по МКС. Первые результаты выполнения этого плана вошли в «Комплексную ракетно-космическую программу» 1975 года в виде тома 1Б: «Технические предложения».

В томе 1Б окончательно определились с размерностью будущего корабля. С одной стороны, научные проблемы и технические задачи на пути создания «большого» и «малого» аппарата почти одинаковы по сложности и, соответственно, по срокам их решения. С другой стороны, неясность конкретного назначения шаттла при отчётливом осознании его потенциала просто вынуждала закладывать систему, не уступающую по своим параметрам американской.

Поэтому «Технические предложения» описывали многоразовую систему «Буран» с орбитальной ступенью ОС-120 – космическим самолётом весом в 120 тонн, – весьма похожую на систему «Спейс шаттл».

 

МТК-ВП: большая многоразовая капсула

К кораблю ОС-120 мы вернёмся чуть позже. Во-первых, концепция МКС с ОС-120 является той отправной точкой, из которой, после нескольких видоизменений, произошла реализованная в металле система «Энергия»-«Буран», и ОС-120 логично рассматривать именно в рамках этой эволюции. Во-вторых, некоторое время параллельно с «победившей» линией развивался другой проект тяжёлого многоразового космического корабля, который совсем не походил ни на шаттл, ни на «Буран», причём работа над ним началась едва ли не раньше, чем упомянутая эволюция схемы будущего «Бурана». Поэтому будет правильно сначала рассказать о нём.

Речь идёт о проекте под названием МТК-ВП – многоразовый транспортный корабль вертикальной посадки.

Авторами идеи были специалисты, которые разрабатывали корабли «Союз». А сама идея состояла в том, что корабль, имеющий небольшое аэродинамическое качество, при сходе с орбиты сначала тормозится встречным потоком в процессе управляемого «скользящего» снижения, затем – парашютной системой, и на заключительном этапе – тормозными ракетными двигателями. Запускаться МТК-ВП должен был тяжёлой ракетой; сначала предполагалась Н1, затем – одна из ракет глушковского ряда РЛА (к ним мы ещё вернемся).

В такой идеологии было много плюсов. Торможение с малым аэродинамическим качеством и спуск на парашютах – это отлично отработанная схема приземления «Союзов». Для него не нужны крылья, достаточно просто обеспечить некоторый угол атаки кораблю даже простой цилиндрической формы. Отсутствие крыльев сразу же даёт несколько серьёзных преимуществ перед «крылатой» схемой: значительно уменьшается масса аппарата и сложность его конструкции, уменьшается площадь, которую надо защищать от кинетического нагрева, упрощаются алгоритмы управления кораблем на спуске. Это позволяет рассчитывать на большую экономическую эффективность такого корабля по сравнению с воздушно-космическим самолётом. Дополнительно «играет на эффективность» отсутствие необходимости в высококлассном аэродроме – для посадки МТК-ВП было бы достаточно грунтовой площадки диаметром 5 км, правда, прошедшей некоторую специальную подготовку.

Парашютно-ракетные системы приземления тяжёлых грузов были хорошо освоены в воздушно-десантных войсках, они показали высокую надёжность и приемлемую точность при сравнительно малой стоимости. Расположение корабля на участке выведения на «обычном» месте, наверху ракеты-носителя, не накладывает никаких ограничений на конструкцию и конфигурацию РН. Отсутствие мощного и тяжёлого маршевого двигателя на самом орбитере упрощает решение вопросов его устойчивости и управляемости.

МТК-ВП на большей части своей длины имел цилиндрическую форму; львиную долю этой части составлял грузовой отсек, а впереди и позади него располагались посадочные парашюты. Коническая носовая часть вмещала гермокабину экипажа (от 3 до 9 человек) объёмом 55 м3, шлюзовую камеру и носовой блок двигателей системы ориентации. В хвостовой части находились: складывающиеся стабилизаторы, работающие на «допарашютном» участке снижения; балансировочный щиток, задающий требуемый угол атаки на том же участке; двигатели орбитального маневрирования и схода с орбиты; твёрдотопливный двигатель системы аварийного спасения (САС) тягой 470 т; хвостовой блок двигателей системы ориентации.

Корабль рассчитывался на ту же грузоподъёмность, что и «Буран», и ОС-120 – 30 т при выведении на орбиту, 20 т – при спуске с неё. Его масса после отделения от РН и сброса блока САС составляла 88 т. Для сравнения – у ОС-120 этот параметр равнялся 119 т, а у шаттла – 114 т. Посадочные массы: 66,4 т у МТК-ВП; 89,4 т у ОС-120; 84,8 т у шаттла.

Вот он, выигрыш от «бескрылости» и «безмоторности»!

Длина корабля – 34 м, диаметр отсека полезного груза – 5,5 м, максимальная ширина по корпусу – 8 м. Общая тяга двух двигателей орбитального маневрирования составляла 17 т, запас горючего позволял им при всех манёврах изменить скорость аппарата в сумме на 500 м/с. Система ориентации включала 18 ЖРД малой тяги носовой группы и 16 – хвостовой.

Для полноты картины приведём несколько цифр по всей космической системе в составе МТК-ВП и носителя РЛА-130В: полный вес на старте 2380 т, высота 73,58 м, максимальный поперечный размер16,57 м. Разумеется, все данные – проектные.

Полёт после схода с орбиты подразумевал аэродинамическое гашение скорости до 250 м/с, что достигалось к моменту снижения до высоты 12 км. Здесь в действие вводилась парашютная система, включавшая основные и запасные парашюты носовой и хвостовой групп – корабль снижался далее в горизонтальном положении. На последнем этапе включались ракетные двигатели мягкой посадки, приземление происходило вертикально на выдвигающиеся посадочные опоры. Здесь рассматривались два варианта: с гашением боковой скорости и без него; в последнем случае опоры снабжались лыжами, на которых корабль совершал небольшой пробег с боковым скольжением.

Расчётный боковой маневр МТК-ВП в первоначальном его виде был возможен на дальность до 800 км. Это сочли недостаточным, и в мае 1976 года появился вариант с боковыми наплывами в нижней части, расширявшимися к хвосту. Сечение корабля приобрело вид треугольника со скругленными вершинами, «острым концом» кверху. Получился аппарат типа «несущий корпус» с повышенным гиперзвуковым аэродинамическим качеством и боковой дальностью уже 1800 км. Теперь МТК-ВП мог сесть на территорию СССР, начав спуск на любом витке орбиты.

Однако, наряду с приведёнными выше плюсами по сравнению с крылатыми аппаратами, МТК-ВП имел и ряд недостатков. Главным из них был очень высокий нагрев при торможении – до 1900ºС. Вот обратная сторона «бескрылости»: она резко снижает возможности оптимизации траектории спуска по критерию кинетического разогрева. Столь высокая температура поставила под сомнение возможность достижения достаточного уровня многоразовости; и уж во всяком случае было ясно, что межполётное обслуживание будет сложным, долгим и дорогим.

Проект МТК-ВП некоторое время конкурировал с проектом МКС с ОС-120. Каждая из этих двух систем имела своих сторонников и противников, а их соревнование закончилось, как это часто бывает в таких случаях, победой третьей – МКС с орбитальным кораблём ОК-92. Но тут надо вернуться назад, что, впрочем, и было обещано выше.

 

ОС-120 – почти шаттл

Итак, том 1Б «Комплексной ракетно-космической программы» 1975 года содержал технические предложения по составу, назначению и основным характеристикам многоразовой космической системы «Буран» с орбитальным самолётом ОС-120. Это был первый вариант советской системы, в наибольшей степени, по сравнению с последующими, напоминавший американскую систему «Спейс шаттл».

Главная «идеологическая» разница состояла в том, что в нашем проекте вместо двух шаттловских огромных твёрдотопливных ускорителей (ТТУ) в качестве первой ступени были применены четыре кислородно-керосиновых ракетных блока (блоки «А»). В первую очередь это было сделано вследствие реалистической оценки состояния советского «твёрдотопливного двигателестроения», которому для выхода на нужный уровень потребовалось бы 8–10 лет. Но такое решение зато давало и преимущества: жидкостная ракета с такими компонентами топлива обладает лучшими энерговесовыми параметрами, чем РДТТ, и масса её после выработки топлива оказывается меньше массы отработавшего ТТУ с аналогичной энергетикой – а ведь блоки «А» с самого начала намеревались спасать для повторного использования, так что это было важно.
Несколько позднее выбор для будущей МКС ускорителей на жидких компонентах дал ещё одно следствие, причем весьма положительного свойства. На определённом этапе развития космической программы блоки «А» стали не отдельным специализированным изделием, а модификацией первой ступени ракеты-носителя «Зенит», которая успешно используется и сегодня; в частности, в составе широко известного комплекса «Морской старт». Пока же, в период проработки ОС-120, блоки «А» рассматривались только как первая ступень МКС. Для них должны были быть созданы двигатели с тягой у земли 600 т, получившие обозначение РД-123.

Основные характеристики блока «А»: длина 40,75 м, диаметр 3,9 м, суммарная масса заправляемых керосина и жидкого кислорода 330 то, тяга двигателя в вакууме 670 т, удельный импульс на уровне моря 305 с, в вакууме – 340 с.

Вторую ступень системы составляли огромный одноразовый топливный отсек с баками для кислорода впереди и водорода – сзади, и установленный на нём сбоку орбитальный самолёт. Топливный отсек, с учетом особенностей отечественных материалов и неотработанности технологий для изготовления столь крупных конструкций, рассчитывался более тяжёлым, чем американский, при том же количестве заправляемых компонентов.

Орбитальный самолёт нёс в хвостовой части два РДТТ системы аварийного спасения, чего не было на шаттле. Это утяжеляло его по сравнению с американском «челноком», но зато давало возможность отделиться от бака в любой точке траектории выведения и благополучно приземлиться – чего тоже не было у американцев. Полная стартовая масса ОС-120 составила 155,35 т, а об орбитальной и посадочной уже сказано чуть выше.

Маршевые двигатели – три кислородно-водородных многоразовых ЖРД 11Д122, заказанных Конструкторскому бюро химической автоматики. По заданию их тяга равнялась 250 т, удельный импульс 353 с у земли и 455 с в вакууме. То есть тяга проектируемых двигателей должна была быть существенно больше тяги шаттловских SSME (213,1 т в пустоте), а удельные параметры – почти точь-в-точь равными.

Всё остальное было как у американского орбитера, с непринципиальными различиями.

Масса собранной МКС на старте должна была составить 2380 т. При том, что система «Буран» в варианте ОС-120 была в чём-то не столь совершенной, как «Спейс шаттл», она, тем не менее, обладала лучшими энергетическими возможностями. Впрочем, иначе и не могло быть, если мы хотели выводить в космос тот же груз, что и американский «челнок». Ведь мыс Канаверал, с которого стартуют шаттлы, ближе к экватору, чем Байконур. Если посчитать возможности систем для одинаковых условий (широта старта, параметры орбиты), то получится, что наша могла бы вывести на 5,4 т (или на 18%) больше американской при наклонении орбиты 28,5º, и на 3,5 т (12%) при наклонении 90º–97º.

В общем, в технических предложениях тома 1Б удалось довольно успешно скопировать американскую систему. Поэтому проект содержал и все её минусы.

Эти минусы можно разделить на две группы (такое деление – произвольная трактовка автора статьи).

Первая группа – недостатки технического свойства, относящиеся собственно к космической системе. Установка маршевых двигателей на орбитальную ступень увеличивает массу её конструкции: её силовые элементы должны в этом случае обеспечивать передачу тягового усилия на огромный подвесной топливный отсек. О том, что вес двигателей сам по себе увеличивает вес орбитальной ступени, можно было бы и не упоминать. Большие ЖРД в хвостовой части увеличивают донное сопротивление, снижая аэродинамическое качество корабля, то есть портят аэродинамику на участке спуска в атмосфере – как раз там, где они, эти двигатели, вовсе не нужны.

Они же создают проблемы с выводимой нагрузкой. Большая масса ЖРД определяет выраженно заднюю центровку всего аппарата, так что на расположение центра масс полезного груза накладываются очень жёсткие требования. Они относительно легко выдерживаются при неполной загрузке, но крайне осложняют ситуацию при грузе, близком к максимальному. И если в штатном полете центровка не является критическим фактором, то она становится таковым в случае аварии на этапе выведения, когда нужно отделиться от системы и совершить посадку с грузом на борту. Здесь аппарат летит как планер, и правильное расположение центра тяжести относительно центра подъёмной силы становится необходимым условием обеспечения устойчивости и управляемости.

Получается, что не носитель сделан для груза, а груз должен разрабатываться с учётом весьма жёстких ограничений, обусловленных свойствами носителя.

Вторая группа касается более общих аспектов. Схема шаттла не может работать без орбитера. Так что, появись необходимость в создании ракеты, способной вывести на орбиту 100 и более тонн, это потребовало бы кардинальной переработки системы. Кстати говоря, в Америке проекты создания сверхтяжёлого носителя на основе составных частей «Спейс шаттла» появились уже вскоре после ввода в эксплуатацию «первичной» системы.

А то, что 100-тонная ракета нужна, показал уже первый пуск «Энергии», когда её нагрузкой был массо-габаритный аналог боевой орбитальной станции весом порядка 80 т.

Очень серьёзным для создателей системы оказался вопрос лётной отработки её элементов, и в особенности самого инновационного – орбитального самолёта. В США этап атмосферных лётных испытаний обеспечивался знаменитым Боингом-747, который был способен поднять полностью укомплектованный для таких тестов «Энтерпрайз» на требуемую высоту. Наш ОС-120, как уже говорилось, был намного тяжелее американского орбитера; имевшийся в распоряжении турбовинтовой Ан-22 «Антей» не смог бы поднять такую тяжесть даже в рекордном полете, а к разработке подходящего, как тогда считалось, для этой цели Ан-124 «Руслан» тогда только ещё приступали.

На всякий случай напомню, что известный самолёт ВМ-Т перевозил только фюзеляж «Бурана», без крыльев и киля; и это был бездвигательный «Буран», а не ОС-120 с тремя маршевыми ЖРД. И ещё: приходилось видеть фотографии полностью укомплектованного «Бурана», установленного поверх фюзеляжа самолёта Ан-225 «Мрия», но это уникальный шестидвигательный сверхгигант, более крупный и грузоподъёмный, чем серийный «Руслан». «Мрия» смогла бы выполнить роль «авианосца» при испытаниях «Бурана», об этом можно говорить с уверенностью. А вот справился ли бы с такой ролью менее мощный «Руслан» для более тяжёлого ОС-120 – это большой вопрос.

Короче говоря, получалось, что ОС-120 нужно было посылать в первый полёт в составе полноценной – и крайне дорогостоящей – системы. И ведь другие элементы без корабля испытать было нельзя! Перспектива первого пуска без каких-либо лётных испытаний самого «футуристического» элемента системы вызывала у тех, кто за это отвечал, скорее тяжкие опасения, чем творческий энтузиазм.

Кроме всего прочего, отсутствие подходящего самолёта-транспортёра ставило непростые вопросы в смысле перевозки ОС-120 между географическими пунктами в процессе его испытаний, доработок и эксплуатации.
Ещё одна проблема: многоразовый корабль, по идее, требовал многоразовых двигателей. А у нас тогда не было опыта не то что по многоразовым, но и по одноразовым кислородно-водородным ЖРД с тягой, хотя бы отдалённо напоминающей требуемую.

Были и другие трудности, но они относились скорее не к проекту ОС-120 как таковому, а к системе «Буран» в любом из её существовавших вариантов. Так что говорить о них будем, если понадобится, позже.

Все перечисленные выше недостатки и проблемы обсуждались на различных советах и совещаниях представителей промышленности и заинтересованных министерств, и в июле 1975 года объединению «Энергия» было предписано провести оптимизацию характеристик МКС, описанной в технических предложениях тома 1Б.

Конечно, кроме проблем объективного характера, на ход событий влияли и личные представления и интересы высших руководителей космической науки и промышленности. Руководитель НПО «Энергия» Валентин Глушко оставался верен лунной программе, которая, несомненно, не смогла бы сосуществовать с программой многоразовой космической системы – стране просто не хватило бы для этого ни денег, ни научно-производственных мощностей. Для достижения Луны в первую очередь нужна была сверхмощная ракета-носитель, и Глушко очень хотел её сделать. А в составе МКС по схеме «Спейс шаттла» такой ракете места не было. В то же время один из ведущих руководителей фирмы, Игорь Николаевич Садовский – бывший первый заместитель уволенного Василия Мишина, – был сторонником создания многоразовой системы. Он и стал первым главным конструктором МКС «Энергия»-«Буран».

А результат оптимизации воплотил в себе компромисс между стремлением Генерального построить сверхракету и необходимостью выполнить волю руководства – создать транспортную систему «Земля-орбита», не уступающую американскому «Спейс шаттлу».

Этот результат назывался ОК-92.

 

ОК-92 – решительный шаг к «Бурану»

Основным новшеством новой концепции МКС стал перенос маршевых двигателей с орбитальной ступени на центральный блок. Таким образом последний из «пассивного» топливного бака становился полноценной ракетной ступенью, а орбитер получал роль нагрузки новой двухступенчатой ракеты сверхтяжёлого класса.

Кроме того, на ОК-92 предусматривалась установка турбореактивных двигателей для предпосадочного дозвукового полёта, но это, с точки зрения эмоциональной, было не особенно важно. Главное, что состоялся «баланс интересов»: с одной стороны, принималась к разработке ракета 100-тонного класса, с другой – получалась «довольно-таки многоразовая» система, так как, помимо ста полётов, на которые был рассчитан орбитальный корабль, предполагалось спасение и двадцатикратное использование блоков первой ступени.

Новое решение распутывало целый клубок проблем.

Космический самолёт стал легче вследствие двух факторов: отсутствия маршевой двигательной установки и облегчения конструкции планера, обусловленного эти отсутствием. По расчётам, полный стартовый вес ОК-92 равнялся 116,5 т – по сравнению с 155,35 т у ОС-120. О зависимости веса конструкции планера от места расположения основных двигателей мы говорили в главке об ОС-120, но, для лучшего понимания, повторим объяснение уже с точки зрения ОК-92. На ОС-120 тяга двигателей должна была через силовые элементы фюзеляжа и узлы крепления «тащить» топливный отсек, в котором было 720 т жидкого кислорода и водорода плюс вес самого «железа». На ОК-92 те же элементы рассчитывались на передачу тягового усилия от ракеты-носителя на орбитальный самолёт, весящий 116,5 т – раз в восемь меньше топливного отсека. То есть нагрузку на одни и те же силовые элементы ОК-92 можно было закладывать в 8 раз меньшую, чем для ОС-120.

Одновременно облегчалась и конструкция крыла, которому предстояло нести более лёгкий фюзеляж.

Перенос двигателей снимал или смягчал проблемы аэродинамики и центровки, о которых говорилось выше. Решался вопрос транспортировки и, возможно, лётных испытаний отдельно взятой орбитальной ступени: её «сухой» вес составлял 51 т, а посадочный – не более 72 т. Первую цифру можно взять как нагрузку на самолёт-носитель при транспортных операциях, вторую – при испытаниях корабля в планирующем полёте. И тут вполне хватало серийного Ан-22: этот самолёт в рекордном полёте поднял груз 100,444 т на высоту 7848 м, а в повседневной эксплуатации спокойно нагружался до 80 т.

Стоит отметить, что наличие воздушно-реактивных двигателей достаточно большой тяги позволяло проводить атмосферные полёты и без сброса с самолёта-носителя, автономно – как это и происходило при испытаниях «Бурана». При совместном включении ВРД и ЖРД орбитального маневрирования тяговооружённость корабля (отношение тяги двигателей летающего объекта к его массе) равнялась 0,52, чего было вполне достаточно для самостоятельного взлёта. А для крейсерского полёта хватало и тяги одних только ВРД.

Остальную часть космической системы, ставшую нормальной двухступенчатой ракетой, также можно было испытывать отдельно, не рискуя драгоценным космическим самолётом. ЖРД второй ступени, перестав быть частью орбитера, «получали право» на первом этапе быть одноразовыми. И, конечно, эта самая двухступенчатая ракета представляла собой самостоятельную ценность, являясь носителем сверхтяжёлого класса, способным выводить на орбиту 100-тонный груз, установленный на те же боковые узлы крепления, к которым стыковалась орбитальная ступень МКС.

Ликвидировалась ещё одна трудность, о которой пока не упоминалось. В системе питания двигателей ОС-120 из подвесного отсека нужны были отсечные клапаны, которые перекрывали бы мощные магистрали криогенных компонентов в процессе отделения корабля от бака. Создание таких клапанов – очень больших, надежно работающих при температурах жидкого водорода – представлялось очень непростым делом. А в системе с ОК-92 они были не нужны.

Наконец, снятие ракетных двигателей с хоть и космического, но всё же самолета, облегчило построение кооперации разработчиков МКС. Орбитальная ступень передавалась теперь в ведение специально созданного НПО «Молния» при сохранении роли головного разработчика всей МКС за НПО «Энергия». «Молния» являлась организацией авиационного профиля, а возглавил ее Глеб Евгеньевич Лозино-Лозинский – руководитель работ по теме «Спираль», человек, продвинувшийся в практике создания многоразовых аэродинамических космических аппаратов дальше всех отечественных конструкторов.

Произошло это в начале 1976 года, и тогда же вышло этапное Постановление Правительства «О создании МКС в составе разгонной ступени, орбитального самолёта, межорбитального буксира-корабля, комплекса управления системой, стартово-посадочного и ремонтно-восстановительного комплексов и других наземных средств, обеспечивающих выведение на северо-восточные орбиты высотой 200 км полезных грузов массой до 30 т и возвращение с орбиты грузов массой до 20 т».

Можно сказать, что теперь программа «Энергия»-«Буран», побродив, сколько положено, по «подъездным путям» предварительных проработок, вышла на магистральную дорогу своей реализации.

Правда, состоялся ещё один небольшой «зигзаг»: поначалу Лозино-Лозинский, совместно с ЦАГИ, предложил к рассмотрению свой вариант космического корабля, получивший индекс «305-1» – «несущий корпус» с небольшим складным крылом по схеме орбитального самолёта системы «Спираль», увеличенный в четыре раза для обеспечения заданных технических характеристик. Вскорости от этого варианта отказались, и в дальнейшую разработку пошёл ОК-92 с обычным фюзеляжем и крылом.

Он представлял собой – так же, как и шаттл, и ОС-120, – низкоплан-бесхвостку с дельтавидным крылом двойной стреловидности и однокилевым вертикальным оперением. Длина корабля – 36,5 м, высота фюзеляжа 6,2 м, его максимальная ширина 5,5 м, размах крыла – 22 м, площадь – 210 м2. В носовой части находилась кабина экипажа общим объёмом 70 м3. Грузовой отсек имел габариты 18,5 м  4,6 м, оборудовался двумя манипуляторами и закрывался створками с радиаторами системы терморегулирования площадью порядка 135 м2.

 

Реальная система «Энергия»-«Буран» на реальном космодроме. Для осознания масштаба обратите внимание на тепловозы…

Аппарат имел трёхопорное шасси с носовым колесом, каждая стойка оснащалась двумя колёсами, выпускались они под действием собственного веса при открывании замков, колёса основных опор были тормозными.
Вся поверхность корабля закрывалась многоразовой термозащитой трёх типов, в зависимости от расчётной температуры соответствующей зоны. Но о термозащите будет правильнее поговорить тогда, когда очередь дойдёт до того «Бурана», который действительно слетал в космос. (Напоминаю: я писал серию статей).

На атмосферном участке аппарат управлялся балансировочным щитком, рулём направления и двухсекционными элевонами, которые выполняли также функцию воздушных тормозов. В космосе работали две системы ЖРД. Первая, включавшая два ЖРД тягой по 14 т для довыведения, маневрирования на орбите и схода с неё, располагалась в хвостовой части. Прототипом этих двигателей были прекрасно отработанные «гептиловые» ЖРД от второй ступени боевой ракеты УР-100.

Вторая группа – группа двигателей ориентации и управления – «географически» делилась на две подгруппы, носовую и хвостовую. В носу размещались 16 ЖРД управления с тягой по 400 кг и 8 ЖРД ориентации с тягой по 80 кг; в хвосте – соответственно 24 и 8 таких двигателей. Все они, так же как и ЖРД орбитального маневрирования, работали на гептиле и азотном тетраоксиде.

Общий запас топлива для бортовых ЖРД определялся в 10 т.

Ещё в хвостовой части устанавливались твёрдотопливные двигатели системы аварийного спасения; в разное время существовали варианты САС с одним РДТТ массой 24,5 т и тягой 470 т и с двумя РДТТ массой по 18–20 т и тягой по 350 т.

Наконец, там же располагались два турбореактивных двигателя. Здесь тоже были варианты: в начале 1976 года двухконтурные Д-30КП с тягой 12 т (такие стоят на Ил-62М) крепились на фюзеляжных пилонах, а в мае того же года это были уже АЛ-31Ф (применяются на Су-27) с тягой 12,5 т, и уже в полуутопленных гондолах по бокам киля. Гондолы снабжались герметичными заглушками, отстреливаемыми перед включением двигателей. ВРД можно было задействовать при спасении в случае аварии на участке выведения, для этого производился их ускоренный запуск с принудительной раскруткой турбины от вспомогательной установки.

Происходили изменения и в общей схеме системы. В варианте начала 1976 года она отличалась от МКС с ОС-120 только переносом трёх маршевых двигателей с орбитальной ступени на топливный отсек, что привело к «рождению» ракеты-носителя. В майской конфигурации произошли заметные изменения, приблизившие получившуюся ракету к той машине, которая стартовала с «Бураном» в 1988 году.

На кислородно-водородной второй ступени теперь стало не три двигателя 11Д122 с тягой по 250 т, а четыре ЖРД РД-0120 по 190 т каждый. Такое решение было продиктовано желанием повысить надёжность функционирования системы, обеспечив возможность выключения одного из двигателей в случае его нештатной работы при частичной компенсации потери тяги посредством её увеличения у оставшихся в строю.

А вот требования к тяге кислородно-керосиновых двигателей первой ступени, наоборот, увеличили. Теперь вместо РД-123 разрабатывался четырёхкамерный РД-170 с тягой 740 т на уровне моря и 806 т в вакууме (против, напомню, 600/670 т, планировавшихся для РД-123). ЖРД РД-170 действительно были сделаны, эксплуатируются в составе ракеты-носителя «Зенит» и по сей день являются самыми мощными в мире ракетными двигателями.

А скорее всего, самыми мощными двигателями современности вообще.

После таких изменений тяговооружённость системы увеличилась с 1,25 до 1,54. Это было достигнуто за счёт того, что при незначительном изменении стартовой массы – 2380 т у первого варианта по сравнению с 2410 т у второго – суммарная тяга возросла весьма заметно – с 2985 т до 3720 т.

Что же могла МКС с ОК-92 «образца мая 1976 года»?

Масса полезного груза, выводимого на орбиту высотой 200 км, должна была составить: при наклонении 50,7º – 30 т (максимальная грузоподъемность, предусмотренная техническим заданием), при наклонении 90º – 20 т, при 97º – 16 т. Возвращаемая масса, вне зависимости от наклонения, составляла положенные заданием 20 т.

Аэродинамические характеристики ОК-92 обеспечивали ему величину бокового манёвра 2200 км, что уже давало возможность совершить посадку на территории СССР со всех витков орбиты, кроме 8-го и 9-го. При включении же ВРД дальность ухода от плоскости орбиты возрастала до 5100 км, позволяя садиться с любого витка с посадочной скоростью 310 км/ч. Причём садиться на любые аэродромы 1 класса для гражданской авиации с ВПП длиной 2,5 – 3 км (как ОС-120, так и «Бурану», и шаттлу, нужна специальная ВПП длиной не менее 4 км).

На этом закончим рассказ о развитии концепции советской многоразовой космической системы, так как следующим этапом этого развития стал уже сам «Буран». Можно разве что добавить, что стоимость одного пуска МКС с ОК-92 (без учета амортизации орбитера) оценивалась тогда в 15,45 млн рублей; а рубль в те годы мало отличался от доллара. Правда, примерно такая же цифра в то время называлась и для шаттла…

 

Частное резюме

В этот раз в резюме писать почти нечего. (Опять напоминаю, это была серия). Мы проследили, как отечественная инженерная мысль прошла путь от почти точного копирования «Спейс шаттла» до системы с похожей орбитальной ступенью, но по идеологии в принципе отличной от американской. Причины тому разные. Среди них есть и осознанно-конструктивные, такие, как желание «за те же деньги» иметь не только МКС, но и тяжёлую ракету-носитель; или стремление сделать орбитальную ступень более аэродинамически совершенной и менее требовательной к центровке полезной нагрузки. Есть и вынужденные – техническое отставание по твёрдотопливным двигателям и криогенной технике, менее выгодное, по сравнению с Центром имени Кеннеди, расположение нашего Байконура, отсутствие самолёта с достаточной грузоподъёмностью для транспортировки и испытаний орбитального корабля…

При описании «Бурана» мы ещё увидим, что нам удалось сделать лучше американцев – из того, что можно сравнивать. А эту статью хочется закончить одним замечанием.

Обратите внимание на проект, отвергнутый уже на ранней стадии продвижения программы советской МКС – на МТК-ВП. Ход событий последних двух-трёх лет показывает, что следующее поколение средств доставки человека в космос может по своим принципам быть похожим на него. На многоразовую капсулу с вертикальной посадкой, а вовсе не на продолжение и развитие линии гордых крылатых красавцев – «Спейс шаттла» и «Бурана», высших достижений пилотируемой космонавтики конца ХХ столетия.

Следующая статья серии

Один комментарий

  1. Denisator:

    Спасибо, Владимир! Я постоянный Ваш читатель, давно ждал что вы напишите что-нибудь про Буран.

Написать отзыв

CAPTCHA изображение
*