Skip to content
 

Каким быть космическому кораблю XXI века? Часть 1.1

Если бы меня лет 25 назад спросили, что будет представлять собой пилотируемый космический корабль следующего поколения, я, не особо задумываясь, сказал бы: многоразовый, крылатый, скорее всего с горизонтальной посадкой. Ещё я сказал бы, что корабли нового поколения наверняка будем иметь мы и Штаты, а ещё, возможно, Франция и, с меньшей вероятностью, Великобритания.

Интересно, как всё меняется. Сегодня в повестке дня совсем другие аппараты и даже совсем другие страны…

А если бы я на эту тему не говорил, а писал, то получилось бы следующее. Считая, что «Буран» у нас уже есть, в качестве следующей советской системы я описал бы маленький космический корабль, взлетающий со спины гигантского шестимоторного самолёта; то есть «молниевский» проект МАКС, который тогда начинался вроде бы вполне всерьёз.

Американское будущее виделось тогда в «Венчурстаре» – это и вовсе авангардный проект, одноступенчатый космический самолёт, причём изрядно большой. По этой программе даже строились летающие «демонстраторы технологий».

Французы делали маленький крылатый «Гермес», долженствовавший стартовать вертикально на ракете «Ариан-5». И в конце 1980-х казалось, что они его сделают. Значительно позже, чем планировалось первоначально, но сделают.

А вот англичане вызывали у меня сомнения уже тогда. Их «Хотол» был уж больно амбициозным. При весе всего порядка 100 т он должен был горизонтально стартовать и «одноступенчато» выходить на орбиту. Самым футуристическим был его двигатель. Оный – а тогда писали, что он в полномасштабной разработке и чуть ли не вот-вот выкатят некий его прообраз, – этот двигатель должен был, меняя конфигурацию, работать в трёх режимах: турбореактивного на взлёте, прямоточного и гиперзвукового прямоточного на следующих участках выведения, пока вокруг аппарата есть хоть сколько-то атмосферы.

Не верил я в такое чудо. А надо было не верить во все эти чудеса…

* * *

Дело было так. К очередному 12 апреля я написал в «Спецназ России» статью про наш, отечественный конкурс на лучший проект для замены «Союзов» (эту статью, доработав, я вывесил здесь к прошлому Дню космонавтики). А в редакции мне говорят: давай ещё что-нибудь в таком же духе.

В то время, как раз по поводу конкурса, у меня была большая печаль, потому что с научно-техническим прогрессом в части пилотируемой космонавтики наступил регресс. Становилось ясно, что следующими будут бескрылые капсулы, – что у нас, что у них. И захотел я излить свою печаль в повести о том, как лучшие сыны человечества по обе стороны Атлантики дерзновенно разрабатывали всё более передовые технические проекты для всё более полного покорения космического пространства.

Думал уложиться в одну-две статьи. Получилось, как всегда у меня – серия с ярко выраженным началом и теряющимся в тумане концом. Теперь, в честь нынешнего Дня космонавтики, начинаю вывешивать здесь – а что, почему другим можно заимствовать эти статьи из «Спецназа», а мне нельзя? Вывешу потихоньку все, а потом, глядишь, и продолжить сподоблюсь.

Короче, начинаю.

* * *

Запустив 15 октября 2003 года свой космический корабль «Шеньчжоу-1», Китай стал третьей страной в высшем эшелоне космических держав, имеющих собственные средства доставки людей на околоземную орбиту. Это – крупнейшее состоявшееся событие в пилотируемой космонавтике, происшедшее с 12 апреля 1981 года, когда с мыса Канаверал стартовала космическая система принципиально нового типа – многоразовый транспортный корабль «Колумбия». Таких фундаментальных событий можно насчитать не так уж много – это первые полёты Юрия Гагарина и Алана Шепарда [1], первый выход в открытый космос Алексея Леонова, первая стыковка в космосе, высадка людей на Луне, упомянутый старт многоразового «Шаттла», может быть, какое-то этапное достижение экипажа нашей орбитальной станции в части длительности пребывания на орбите…

Но сегодня уже можно с уверенностью сказать, что в близкие годы нас ждёт ещё одно событие такого же порядка: традиционные лидеры, Россия и США, окончательно встали на путь смены поколений пилотируемой космической техники.

* * *

Каким же оно будет, это новое поколение? Какими кораблями заменит Америка свои космические челноки – самые «продвинутые» из всех пилотируемых аппаратов, эксплуатирующихся в настоящий момент? Какими будут наследники концептуально устаревших, но надёжных и недорогих «Союзов»?

Упрощённо понимаемая логика технического прогресса предполагает, что это должно быть что-то более совершенное, более авангардное, чем американские шаттлы – взлетающие вертикально, с невозвращаемым огромным топливным баком, исключительно сложные и дорогие в обслуживании. То есть что-то полностью многоразовое, маневрирующее, экономически эффективное и простое в эксплуатации. Ведь путь развития науки – только вперёд…

Но здесь, как и в большинстве других жизненных ситуаций, при ближайшем рассмотрении всё оказывается далеко не так просто и однозначно.

* * *

Статья 1. 1950-е – 1960-е годы. Ракета плюс гиперзвуковой планер

Начало. Капсула или космоплан?

Первые шаги человека в космосе были сделаны на кораблях «Восток» и «Меркьюри». Эти аппараты представляли собой капсулы в форме тел вращения с очень ограниченным аэродинамическим качеством, что предопределяло их спуск по баллистической траектории с использованием парашютов на заключительных этапах снижения. Однако они были не единственным и даже не первым решением, пришедшим в голову конструкторам, приступившим в 1950-х годах к реализации задачи вывода человека в космос.

Видно, что Вернер фон Браун любил этот свой давний проект – ракеты с крылатой возвращаемой ступенью…

Идея планирующего спуска из заатмосферных высей появилась намного раньше, чем могли быть начаты практические работы по космическим ракетным системам. Так, в июне 1924 года российский инженер Фридрих Цандер подал в Комитет по делам изобретений Совета народных комиссаров СССР заявку на конструкцию аэрокосмического самолёта. Такие же схемы прорабатывал Вернер фон Браун, всегда думавший о космических полётах и получивший возможность заниматься ими после войны, в Соединённых Штатах. Например, в его проекте 1949 года две ступени ракеты-носителя разгоняли крылатую третью – орбитальную – ступень. Да и Сергей Королёв ещё в 1957 году считал парашютную посадку бесперспективной, а правильной – планирующую с использованием аэродинамической подъёмной силы.

Вообще, трудно себе представить, чтобы основоположникам космонавтики с самого начала мечталось о том, что покорителя Вселенной будут попросту сбрасывать с орбиты, как бомбу или, скажем, мешок с сухарями для терпящих бедствие рыбаков. Космос – мечта человечества, его великий прорыв; возвращение оттуда должно было мыслиться красивым и торжественным. На этапе оценки общих инженерных подходов тоже вряд ли их мог вдохновлять парашют, который, с точки зрения пилота или авиаконструктора, обычно является средством аварийного спасения, иногда – оснащением для специальных операций или каких-то вспомогательных функций – но только не основой штатного применения летающей техники. Наконец, уже с чисто практической точки зрения преимущества управляемого аэродинамического спуска более чем очевидны.

Мало того что на парашюте падает, ещё и по земле волочится…

 

…После запуска первого спутника в октябре 1957 года по обе стороны океана стало ясно, что следующим рубежом в космической гонке будет полёт обитаемого аппарата. И надо было принимать решения, которые позволили бы опередить соперника.

В Соединённых Штатах этой задачей вплотную занялось Национальное управление по аэронавтике и исследованию космоса – НАСА, образованное 29 июля 1958 года. К этому времени наиболее зрелым был проект Военно-воздушных сил, получивший обозначение «7969». В этом проекте, наряду с несколькими вариантами конических, полусферических и сферических капсул, присутствовал ряд «самолётных» схем.

Например, компания «Норт Америкен» предлагала использовать в качестве корабля-спутника облегчённую модификацию своего знаменитого гипрезвукового исследовательского ракетоплана Х-15. Интересно то, что разгонной ступенью для этой крылатой машины должна была послужить крылатая же боевая многоступенчатая ракета «Навахо», которой предстояло доставить Х-15 на эллиптическую орбиту с высотой апогея 120 км.

Орбитальный Х-15В должен был весить 4,5 тонны; ряд других «самолётных» проектов, выдвинутых известными авиастроительными фирмами, представляли собой конструкции меньшего веса с треугольным крылом. Выводить их на орбиту предстояло различным сочетаниям ступеней баллистических ракет «Минитмен», «Поларис», «Джумбо», «Титан» – словом, почти всего, что было на тот момент в распоряжении американских разработчиков.

Однако всё это было слишком сложно, а главная идея космической активности тогда формулировалась просто: запустить человека в космос как можно быстрее. При такой постановке задачи все «опции» – боковой маневр, уменьшение перегрузок, повторное использование, какие-то боевые или исследовательские задачи – всё было принесено в жертву срокам готовности системы. Абсолютно необходимым было одно: обеспечить выживание пилота во время спуска аппарата с орбиты.

Так и в СССР, и в США определился облик спускаемых аппаратов первого поколения космических кораблей. Ими стали одноразовые осесимметричные капсулы с испаряющимся термозащитным покрытием, с парашютной посадкой и без каких-либо органов аэродинамического управления. Такими были советские «Восток», «Восход» и «Союз» со всеми его модификациями; американские «Меркьюри», «Джемини» и «Аполло».

Время подтвердило правильность принятых тогда решений. Дополненные по результатам печального опыта системой аварийного спасения на старте, эти корабли верой и правдой несли свою службу в течение десятилетий, а российские – до сих пор.

Однако понимание ограниченности возможностей баллистических аппаратов никуда не ушло, и проработка более перспективных – крылатых – схем продолжалась.

Какие задачи могли ставиться перед создателями космической техники в те годы – в самый острый период «холодной войны», когда ещё казалось, что можно достичь решающего военного перевеса над «потенциальным противником»? Конечно, военные, причем даже не преимущественно, а исключительно.

Космоплан, в понимании 1950-х годов, должен был обладать способностью выйти на орбиту, осмотреть или уничтожить спутник врага, сфотографировать объекты на Земле, нанести по ним удар из космоса или с недостижимых для другой техники атмосферных высот, иногда – сбить такого же противника. Совсем как какой-нибудь тактический истребитель, тот же «Фантом», который в разных модификациях играет роль перехватчика, бомбардировщика или разведчика.

При этом задача разведки, и в первую очередь фотографической, была наиболее очевидной. Сбивать вражьи спутники, бомбить старты МБР пришлось бы в «горячей войне» сверхдержав, которой, как известно, до сих пор так и не было. А вот добывать информацию о противнике принято и в самое что ни на есть мирное время.

Конечно, фотокамеры быстро заняли свое место на «обычных» аппаратах; так, первый советский разведывательный спутник был модификацией корабля «Восток» и конструировался одновременно с ним. Технические трудности при этом были «в пределах разумного», однако возникали две серьёзные тактические проблемы.

Во-первых, время жизни аппаратов конца 1950-х – начала 1960-х годов измерялось единицами месяцев, что обусловливалось в первую очередь недостаточным совершенством солнечных батарей.

Во-вторых, доставка отснятых пленок на Землю в первые годы была возможна только в сбрасываемых капсулах – малогабаритной преобразовательной и передающей электроники тогда ещё не было. Это диктовало очень неприятное тактическое ограничение: для получения информации надо было ждать, пока проекция орбиты спутника-разведчика пройдёт через свою территорию, и можно будет сбросить капсулу; а потом ещё искать, куда её «занесла баллистическая кривая». И, конечно, на борту спутника ограниченных размеров не могло быть ни значительного запаса плёнки, ни, тем более, большого числа капсул. Что, кроме снижения оперативности получения данных, было ещё одним фактором малого времени активного существования аппарата.

Ясно, что тут очень пригодился бы космический самолёт. Ему не нужны солнечные батареи, так как после посадки можно зарядить или сменить бортовые химические источники электричества. Он сразу привезёт отснятые кадры туда, где его ждут. «Перезарядится» и опять уйдёт на задание.

Кроме того, у воздушно-космического самолёта (ВКС) есть и другие преимущественные возможности.

Чтобы попасть на нужную орбиту, при запуске «традиционного» спутника приходится ждать, пока её плоскость пройдет через точку старта. Если что-то не получилось, следующий момент для нажатия на кнопку «Пуск» наступает только через 12 часов. Любая коррекция орбиты, на которую такой спутник выведен носителем, требует расхода бортового запаса топлива, а он, если и есть вообще, то весьма и весьма ограничен. Крылатый же аппарат может быть запущен и с опережением момента прохождения плоскости орбиты через точку старта, и «вдогонку за орбитой». В нужной точке, находясь ещё в верхних слоях атмосферы, он может совершить доворот – вираж – за счёт аэродинамической подъёмной силы, совместив текущую плоскость своей траектории с плоскостью целевой орбиты. При этом, конечно, происходит потеря энергии, но не очень значительная и вполне поддающаяся расчётам, то есть предвидимая и компенсируемая.

От ВКСов ожидали значительного улучшения оперативной готовности – аппарат должен был быстро взлетать после получения команды. Это могло быть достигнуто, если бы к ВКСам удалось применить «самолётные» принципы эксплуатации, на что очень рассчитывали в те годы и продолжают рассчитывать до сих пор.

ВКСы с самого начала мыслились как многоразовые, прежде всего по той понятной причине, что такую сложную систему жалко терять при каждом пуске и накладно производить в больших количествах. А многоразовый аппарат можно к тому же переоборудовать – например, заменить фотоаппаратуру на комплекс радиотехнической разведки. Его можно ремонтировать, если неисправность не привела сразу к его потере; наличие пилота и возможность маневрирования уменьшает риск захвата его противником при нештатных ситуациях или намеренных действиях.

Об «истребительно-бомбардировочном» потенциале маневрирующего космоплана мы уже упоминали.

* * *

Памяти «Дайна Сор» посвящается…

Эти соображения и определили облик космической системы с многоразовой аэродинамической орбитальной ступенью. Это должен был быть маленький ракетоплан, выводимый на орбиту ракетой-носителем, созданной на базе какой-то из существующих боевых МБР (поскольку задача уменьшения до минут времени готовности к старту уже была одной из основных для разработчиков таких ракет).

В Соединёных Штатах первой относительно далеко зашедшей попыткой создания многоразового ВКСа стала совместная программа ВВС и НАСА «Дайна Сор» – по-английски Dyna Soar, от Dynamic Soaring, что обычно переводится как «разгон и планирование». Началась она ещё в 1957 году, а в 1959-м из множества компаний, принявших участие в конкурсе, основным подрядчиком была выбрана фирма «Боинг». Её проект представлял собой аппарат в целом самолётной конструкции – «бесхвостка» с выраженным фюзеляжем, крылом и вертикальными стабилизаторами.

По первоначальным планам первое испытание со сбросом в атмосфере должно было пройти в 1963 году, первый беспилотный выход на орбиту – в 1964-м, а первый пилотируемый – в 1965-м.

Достижение целей планировалось в три «шага»: гиперзвуковой исследовательский самолёт со скоростью до 22 700 км/ч и высотностью до 52 км; сверхвысотный разведчик с дальностью около 20 тыс. км; разведчик-бомбардировщик, способный к орбитальному полёту.

Программа неоднократно модифицировалась. В состав тактических требований вводились задачи противовоздушной и противостпутниковой обороны, снабжение орбитальных станций. Рассматривался вариант с выходом на орбиту вместе с последней ступенью ракеты-носителя – так можно было уходить с первоначальной орбиты на более высокие или с другим наклонением. В части вооружения ракетоплан «третьего шага» должен был оснащаться управляемыми ракетами класса «космос-космос», «космос-воздух» и «космос-Земля», а также обычными бомбами.

11 декабря 1959 года был подписан контракт, предполагавший постройку десяти аппаратов. Ввод системы со всеми боевыми средствами в штатную эксплуатацию планировался на конец 1971 года.

Было проработано множество технических проблем – от аэродинамики до создания термозащитных сплавов и композитов, способных выдержать высочайшие температуры во время спуска в атмосфере – до 2370 град. С на отдельных участках конструкции. Многое из этого потом использовалось в работах по другим космическим программам.

Так она могла бы стартовать…

В сентябре 1962 года на рассмотрение ВВС и НАСА был представлен полноразмерный макет «Дайна Сор». Его фюзеляж длиной 10,77 м и базовым диаметром 1,6 м имел слегка приподнятый и закруглённый нос. Объём одноместной кабины составлял 3,5 кв. м; катапультное кресло позволяло покинуть аппарат лишь на дозвуковых скоростях. В отсеке за кабиной пилота можно было перевозить 454 кг (1000 фунтов) полезного груза. Посадка производилась при помощи шасси из трёх убираемых стоек с полозьями.

Дельтавидное крыло имело размах 6,22 м, на концах его устанавливались вертикальные стабилизаторы. Максимальный взлётный вес равнялся 5165 кг. Собственного двигателя аппарат не имел, для его запусков планировалось использовать разные модификации ракеты «Титан» – от «Титан» I на этапе суборбитальных испытаний до «Титан» IIIС для боевых орбитальных операций.

Однако, несмотря на то, что десяти заказанным «Дайна Сорам» в 1960-м были даже присвоены бортовые номера ВВС, ни одного полёта, даже дозвукового, по этой программе не состоялось.

19 мая 1961 года Отдел космических систем Военно-воздушных сил объявил собственную пилотируемую программу «Satellite Inspеrctor» («Спутник-Инспектор»), сокращенно SAINT («Святой»). В ней должен был задействоваться двухместный аппарат, сконструированный по другой концепции – «несущий корпус». Если учесть, что по соглашению от 14 ноября 1958 года финансирование программы и управление ею закреплялось за ВВС, а НАСА лишь обеспечивало научное консультирование и техническую поддержку, то становится ясно, что с этого момента прогноз дальнейшего развития программы «Дайна Сор» становился пессимистическим.

В феврале 1962 года министр обороны США Роберт Макнамара провёл последнее изменение этой программы, переведя её в разряд исследовательских. Прототипу ракетоплана был присвоен индекс Х-20, а задачи были ограничены подтверждением возможности атмосферного маневрирования и посадки в заданной точке. Однако и это не спасло программу: в декабре 1963 года тот же Макнамара переадресовал её финансирование программе «Пилотируемой орбитальной лаборатории» – «Manned Orbiting Laboratory», MOL, – которая, впрочем, тоже была впоследствии отменена.

В момент закрытия до первого полёта Х-20 оставалось три года. Чтобы он состоялся, нужно было затратить 373 млн долларов – в дополнение к тем 410 млн, которые уже были израсходованы на научные исследования и конструкторские проработки.

Сегодня макет ракетоплана «Дайна Сор» стоит в музее американских ВВС в городе Дайтон, штат Огайо.

* * *

[1] Полет Шепарда 5 мая 1961 года был суборбитальным, и по этой причине многие считают первым «настоящим» американским астронавтом Джона Гленна, сделавшего три витка вокруг Земли 20 февраля 1962 года. Вряд ли здесь имеет смысл разбираться, какая точка зрения более правильна. Стоит лишь отметить, что оба полёта были выполнены на одинаковой технике, и разница в полётных заданиях для этих пусков определялась не техническими возможностями и не степенью готовности пилотов, а лишь принятой стратегией реализации программы.

Окончание статьи

Ещё о космосе:

Прошло 30 лет, и нам опять хочется на Луну

Трудности и надежды «космического каботажа»

И снова здравствуйте

Мои поздравления Европейскому космическому агентству!

Просто помечтать, или кто кого обманет?

Кто кого обманет, вторая серия

В 90-е годы мы тоже создавали новую космическую технику

Ракета на заднем дворе

Полетел шестой турист, и вообще всё в порядке

Три романтики Байконура

Написать отзыв

CAPTCHA изображение
*