Текст книги "Битва за звезды-2. Космическое противостояние (часть I)"

Автор книги: Антон Первушин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 15 (всего у книги 32 страниц)

Астроплан

Специалисты НАСА изучали не только сложные многоступенчатые схемы. И в 60-е годы еще сохранялась определенная инерция конструкторского мышления, взращенного на представлении о космическом корабле как о чем-то цельном и монолитном. В частности, довольно активно обсуждалась концепция «Астроплана» – одноступенчатого крылатого космического аппарата, предназначенного для доставки грузов на орбитальную космическую станцию.

Кроме того, предполагалось, что астроплан можно будет применять для грузовых и пассажирских перевозок в пределах земного шара на дальность порядка 10 000 километров.

Астроплан должен был иметь взлетный вес 4550 тонн, посадочный вес – 330 тонн, полезная нагрузка составляла 200 тонн.

Стреловидные крылья астроплана скомпонованы из топливных баков. Чтобы сделать конструкцию наиболее эффективной по нагрузке, кислород, составляющий 74 % взлетного веса, размещали в параллельных цилиндрических баках, расположенных перпендикулярно оси симметрии аппарата. К передней кромке баков крепилась полезная нагрузка, а на задней кромке устанавливались десять ЖРД тягой по 680 тонн каждый. Жидкий водород, составляющий 15 % взлетного веса, закачивали в коническо-цилиндрические баки, образующие стреловидные крылья. Аэродинамические рули устанавливали на концах крыльев и также использовали как топливные баки.

Все нагрузки во время разгона и возвращения воспринимаются конструкцией, имеющей криогенные температуры; при возвращении в атмосферу до высокой температуры нагревается только ненагруженный тепловой экран.

Водородные баки изготавливались из титана, а кислородные – из высокопрочной стали.

Траектория вывода астроплана на орбиту близка к траектории взлета баллистических ракет-носителей.

Незаправленный космический корабль доставляется за восемь часов до пуска на стартовую площадку и устанавливася вертикально на пусковой стол. После монтажа полезного груза, заправки топливом и окончательного контроля всех систем запускаются двигатели и астроплан освобождается от стопорного устройства.

В течение 365 секунд активного полета астроплан летит по траектории с нулевой подъемной силой, достигая на высоте 93 километров скорости, несколько превышающей круговую; максимальное ускорение на активном участке не превышает 3,5 g и регулируется дросселированием двигателей.

После выключения основных двигателей астроплан выходит на орбиту ожидания высотой 150–185 километров, на которой остается до тех пор, пока угол между ним и орбитальной космической станцией не будет оптимальным для выполнения маневра встречи. Маневр встречи и швартовки выполняется с помощью двигателей управления вектором тяги; эти же двигатели используются для торможения при входе в атмосферу.

С включением в соответствующей точке орбиты тормозных двигателей астроплан теряет высоту и возвращается в атмосферу под малым углом. Полет его замедляется, и при аэродинамическом управлении он планирует до стартовой площадки в пределах заданного «коридора» аэродинамического полета. После посадки астроплана проводятся его осмотр, обслуживание и подготовка к следующему запуску. В случае катастрофы экипаж должен спасаться в приданном астроплану космическом корабле типа «Джемини», а сам астроплан – уничтожаться системой ликвидации.

Космический корабль «Janus»

Идея создания космического корабля, обладающего хорошими аэродинамическими характеристиками при входе в атмосферу во всем диапазоне скоростей от космической до посадочной, привела к разработке космического аппарата с разделением ступеней в процессе входа в атмосферу. Космический корабль «Янус» («Janus») состоит из контейнера полуконической формы, внутри которого находится самолет с треугольным крылом.

После входа в плотные слои атмосферы и торможения до дозвуковой скорости на высоте 15 километров контейнер сбрасывается и приземляется на парашютах, а самолет производит посадку на аэродром.

Космический корабль «Янус» проектировался для двухнедельного полета по орбите вблизи Земли с экипажем из трех человек. Основные характеристики: длина – 8,2 метра, размах крыла – 4, 9 метра, полезный объем – 24 м3, вес самолета с экипажем и оборудованием – 1800 килограммов, общий вес корабля – 7250 килограммов.

Внутренний объем контейнера герметизирован и заполнен воздухом под давлением в 1 атмосферу. Сообщение между самолетом и контейнером осуществляется через люки в днище фюзеляжа. В средней части контейнера расположены жилые помещения для экипажа. Шлюзы на задней стенке контейнера обеспечивают вход и выход экипажа перед стартом корабля и в полете по орбите.

При выборе аэродинамической формы контейнера, для обеспечения аэродинамического качества, динамической устойчивости и балансировки пришлось отказаться от идеальной полуконической формы. Угол конуса контейнера – 24 градуса – был выбран из условия оптимального расположения центра тяжести, центра давления и обеспечения хорошей компоновки самолета в контейнере.

Для предотвращения перегрева фонаря кабины самолета при входе в атмосферу контейнер должен быть сбалансирован на положительные углы атаки. Балансировка осуществляется щитками, расположенными в хвостовой части контейнера.

Если расположить щитки в самой нижней части задней кромки, то при отклонении вниз возникает большой момент на пикирование и при небольших значениях аэродинамического качества приведет к выходу корабля на отрицательные углы атаки. Это можно исправить, придав носовой части контейнера форму санок, которая увеличивает аэродинамический момент на кабрирование.

Глава 9 КОСМОПЛАНЫ СОВЕТСКОГО СОЮЗА

Несмотря на всеобщее увлечение баллистическими ракетами, вызванное научно-техническим наследием Третьего рейха, в Советском Союзе нашлись конструкторы, которые, вопреки мнению руководства страны, не оставляли надежды возродить авиационно-космические системы. Само собой, разрабатываемые ими проекты выдвигались как альтернативные под какое-нибудь из многочисленных постановлений Совмина или под заказ от Министерства обороны. К сожалению, ни один из этих проектов не был доведен до серийного производства. Инертность мышления, недостаток средств, поглощаемых разработкой и строительством мощных межконтинентальных ракет, большая загруженность КБ – все это практически не оставляло советским авиационным конструкторам шанса довести свои проекты космопланов «до ума». Тем не менее такой шанс у них был…

Самолеты-снаряды «Ту-121» («С») «Ту-123» («Д»)

В 1956 году в ОКБ-156 Туполева было создано новое подразделение «Отдел К», задачей которого была разработка беспилотных летательных аппаратов различного назначения. Постепенно это новое подразделение превратилось в полноценное конструкторское бюро. Его возглавил сам Андрей Туполев.

Одним из основных направлений работ «Отдела К» стало создание целой серии проектов беспилотных самолетов различного назначения, рассчитанных на крейсерские сверхзвуковые скорости, соответствующие 2,5 или 3 Махам, и обеспечивающих дальность полета в пределах от 3000 до 5000 километров.

Первым в длинном ряду был проект беспилотного ударного самолета «121» («Ту-121», «С»), предназначавшийся для поражения целей на дальностях до 4000 километров. Впервые в практике ОКБ конструкторам предстояло создать не только летательный аппарат со сверхзвуковой крейсерской скоростью полета, но и наземные стартовые средства к нему, а также контрольно-проверочный комплекс, обеспечиваюший подготовку и запуск.

Официально задание на проектирование самолета «С» («С» означает «Средний») ОКБ-156 получило в 1957 году. 23 сентября 1957 года вышло постановление Совета Министров № 1145-519 по разработке новой стратегической ударной системы на основе беспилотного самолета «С» (обозначение по КБ – «Ту-121»). К работам по различным элементам системы привлекалось большое количества предприятий и организаций авиационной, радиоэлектронной промышленности и других смежных отраслей военно-промышленного комплекса. Например, специально для «Ту-121» в ОКБ-300 Сергея Туманского создавался новый малоресурсный турбореактивный двигатель «КР-15-300» с длительной тягой на форсажном режиме 10 000 килограммов.

Для обеспечения эффективной работы ТРД на всех режимах полета отделом силовых установок КБ был спроектирован многорежимный подфюзеляжный воздухозаборник с многоскачковым полуконусным центральным телом, с системой слива пограничного слоя и отстреливавшимся ограничительным коллектором, оптимизировавшим работу двигателя и воздухозаборника, а также кольцевое эжекторное сопло. Для топливной системы были разработаны жесткие интегральные фюзеляжные баки-отсеки с надежной комбнированной системой герметизации.

Для беспилотного самолета проектировалась новая компактная ядерная боевая часть, полностью интегрированная с его системами. Система управления должна была быть автономной, программной, с возможностью использования астроинерциальной коррекции на маршруте полета к цели.

Для управления рулевыми поверхностями были созданы оригинальные теплоустойчивые компактные гидравлические привода, представлявшие законченные агрегаты с замкнутой гидросистемой и электроприводными гидронасосами.

Исходя из условий использования в конструкции самолета традиционных авиационных материалов, для него была задана максимальная скорость длительного полета в 2,5 2,6 Маха. Это позволило разработать достаточно легкую кон струкцию с использованием хорошо освоенных в промыш ленности алюминиевых сплавов, с минимальным исполь зованием жаропрочных стальных сплавов в наиболее напряженных элементах конструкции.

Большая работа была проведена по созданию мобильной пусковой установки. Необходимо было спроектировать пусковое устройство, обеспечивавшее надежный запуск беспилотного самолета в самых различных условиях.

Созданный в ОКБ Туполева беспилотный летательный аппарат «Ту-121» представлял собой цельнометаллический моноплан нормальной схемы. Основные характеристики: длина самолета – 24,77 метра, диаметр фюзеляжа – 1,7 метра, размах крыла – 8,4 метра, взлетная масса – 35 000 килограммов, масса пустого самолета – 7300 килограммов.

Крыло самолета в плане было треугольной формы, с углом стреловидности по передней кромке – 67°. Управляющие поверхности на крыле отсутствовали.

Все управление самолетом осуществлялось с помощью цельноповоротных киля и стабилизатора. Все три руля крепились на гаргротах-обтекателях, в которых размещались рулевые приводы. Передняя часть беспилотного самолета была занята аппаратурой управления и наведения на цель и отсеком с боевой частью. Здесь же находились агрегаты системы охлаждения. Средняя часть самолета была в основном занята топливными цельносварными баками.

Для старта самолета-снаряда использовались стартовые твердотопливные ускорители «ПРД-52» с тягой по 80 000 килограммов.

Стартовые двигатели устанавливались на направляющей пусковой установки и образовывали стартовый агрегат «РАТ-52». За время работы от 3,75 до 5 секунд стартовые ускорители сообщали самолету скорость порядка 165170 км/ч и выводили его на высоту 100 метров. Ускорители, по мере падения их тяги, после отделения самолета от пусковой установки разворачивались вокруг точек крепления к самолету и самостоятельно отделялись от него.

Маршевый двигатель при ресурсе 15 часов обеспечивал нормальную статическую тягу 10 тонн, а при форсажном режиме – до 15 тонн в течение 3 часов. Маршевая высота полета (около 20 километров) достигалась на удалении 200 300 километров от места старта. Точность наведения самолетаснаряда на цель обеспечивалась применением инерциальной системы наведения, астронавигационной системы «ЗемляАИ» и автопилотом «АП-85». При достижении расчетной точки изделие «С» переводилось в пикирование под углом около 50°. На высоте порядка 2 километров над поверхностью Земли должен был срабатывать специальный боевой заряд типа «205», разработанный в НИИ-1011.

При возникновении нештатных ситуаций изделие «С» самоликвидировалось. Самоликвидация производилась: при боковом отклонении от заданного курса или развороте, при внеплановом снижении ниже 15 километров, при пропадании бортового питания. Для снижения опасности и предотвращения серьезных разрушений при полете над своей территорией самоликвидация производилась при «пассивном подрыве» изделия без срабатывания боевого заряда.

После прохождения дистанции и перевода в пикирование самоликвидация производилась только с подрывом боевого заряда.

Во второй половине 1958 года в опытном производстве были собраны первые экспериментальные самолеты «121».

С 30 декабря 1958 года начались огневые испытания и отстрелы имитаторов на полигоне в Фаустово, позднее на полигоне во Владимировке. В ходе этих испытаний проверялась правильность выбранной системы запуска. Началась подготовка к летным испытаниям.

Летом 1959 года первый летный экземпляр самолета «121» был перевезен на испытательную базу ОКБ. 25 августа первенец беспилотного самолета-снаряда «Ту-121» ушел в полет.

Этот испытательный полет прошел успешно, затем было еще несколько успешных полетов, подтвердивших правильность выбранных технических решений. Показанная в ходе испытаний реальная дальность «Ту-121» позволяла при старте с территории СССР нанести атомный удар по любой точке в Западной Европе, Северной Африке и Азии. Всего было отстреляно пять изделий, уже шла речь о подготовке серийного производства. Однако 5 февраля I960 года вышло постановление Совета Министров, сворачивавшее все работы по этой беспилотной ударной системе. Советское военно-политическое руководством сделало окончательный выбор в пользу ударных стратегических средств на основе баллистических ракетных комплексов. Как мы помним, в то же самое время были свернуты работы по тяжелыми крылатым ракетам «Буря» и «Буран».

В ходе работ над «Ту-121» был подготовлен эскизный проект межконтинентального самолета-снаряда «Ту-123» (Изделие «Д» – «Дальний»), обеспечивавшего доставку боевой нагрузки (термоядерная боевая часть) на дальность 9000–9500 километров с точностью до 10 километров. Самолет-снаряд «Д» должен был совершать полет на высотах от 22 до 25 километров со скоростью 2500–2700 км/ч.

Предварительный проект представлял собой увеличенный по массе и габаритам самолет «Ту-121» («С»). Для увеличения дальности полета предлагалось увеличить запас топлива и установить новые более экономичные турбореактивные двигатели «НК-6». Систему управления «Ty-123» предлагалось выполнить астроинерциальной.

Работы по межконтинентальному снаряду были остановлены на стадии проекта вместе с работами по «Ту-121». Под шифром «123» в дальнейшем разрабатывался беспилотный разведчик (система «Ястреб»).

Разведывательный самолет «Ту-123» («Ястреб»)

В конце 1950-х годов в связи с нарастанием угрозы внезапного ядерного удара со стороны США руководство Советского Союза приняло решение создать систему дальней беспилотной фото– и радиоразведки под шифром «Ястреб». Ответственность за решение этой задачи возложили на ОКБ Андрея Туполева.

Конструкторам ОКБ поручалось на основе опытного беспилотного самолета «Ту-121» спроектировать дальний беспилотный разведчик. В отличие от исходного самолета, в соответствии с новым назначением этот аппарат должен был оборудоваться аппаратурой фото– и радиоразведки, системами привода в заданную точку и спасения полученных разведывательных материалов. Дополнительно бюро поручалось проработать возможность многоразового использования перспективного разведчика.

Постановлением Совета министров от 16 августа 1960 года задавались необычайно жесткие сроки на создание системы заводские летные испытания должны были начаться в третьем квартале 1960 года, совместные испытания – через год, а уже в 1961 году завод № 64 в Воронеже должен был выпустить 18 серийных машин.

Новый беспилотный самолет-разведчик получил по ОКБ старое обозначение: самолет «123» («Ту-123») или «ДБР-1» («Дальний беспилотный разведчик»).

При проектировании «Ту-123» и системы «Ястреб» конструкторы столкнулись с целым рядом специфических проблем.

Помимо необходимости создания высокоточной разведывательной аппаратуры, сложнейшего навигационного комплекса и эффективной парашютной посадочной системы спасения носового отсека, нужно было продумать и обеспечить автономность базирования и применения самолета в условиях, «неподготовленных в инженерном отношении», решить задачу перебазирования его элементов своим ходом на расстояние до 500 километров с сохранением боеспособности, создать ряд систем автоматической проверки бортового оборудования, разработать и проверить на практике идеологию различных этапов эксплуатации разведчика, подготовить на этой базе необходимую эксплуатационную документацию для строевых частей.

В результате на свет появился уникальный разведывательный комплекс, ставший прототипом для ракетопланов конструкции Туполева.

«Ту-123» представлял собой цельнометаллический моноплан нормальной аэродинамической схемы с треугольным крылом. Габариты: длина самолета – 27,835 метра, высота – 4,781 метра, размах крыла – 8,414 метра, взлетная масса с ускорителями – 35 610 килограммов, масса пустого – 11 450 килограммов.

Крыло «Ястреба» не имело механизации и каких-либо рулевых поверхностей, его внутренние объемы не использовались.

Снизу-сзади на консолях крыла крепились антенны аппаратуры радиоуправления. Хвостовое оперение состояло из трех цельноповоротных рулевых поверхностей, ориентированных под углом 120° друг к другу и установленных на специальных наплывах, в которых размещались электрические рулевые машинки с водяным охлаждением. Эти поверхности управляли самолетом по трем каналам.

Фюзеляж типа монокок изготавливался из шести секций.

Носовая часть массой 2800 килограммов выполнялась спасаемой на парашютной системе. Она соединялась с хвостовой частью четырьмя пневмозамками. В ней размещалась разведывательная аппаратура, система кондиционирования, часть агрегатов воздушной системы, электро– и радиооборудование, четыре опоры шасси и основной посадочный парашют.

Для обеспечения доступа к этому оборудованию носовая часть имела два эксплуатационных разъема. Она хранилась и транспортировалась отдельно, в специальном закрытом полуприцепе с необходимым для разведаппаратуры микроклиматом, а при подготовке к полету с помощью подъемного крана пристыковывалась к самолету.

В неспасаемой хвостовой части фюзеляжа находились силовая установка, топливные баки, автопилот, агрегаты воздушной системы, энергоузел и тормозной парашют.

Маршевый турбореактивный двигатель «КР-15» (короткоресурсный вариант двигателя «Р-15Б») имел нерегулируемое эжекторное сопло и работал на форсажном режиме на протяжении всего полета, развивая тягу в 10 тонн. На нижней поверхности хвостовой части располагался нерегулируемый сверхзвуковой воздухозаборник с неподвижным полуконусом.

Для обеспечения устойчивой работы двигателя на дозвуковых скоростях к обечайке воздухозаборника снаружи пристыковывался специальный коллектор в форме полукольца, который при достижении околозвуковых скоростей отстреливался. Одновременно с маршевым турбореактивным двигателем на начальном этапе полета работали два твердо топливных ускорителя тягой по 75 тонн, установленные под крылом у бортов фюзеляжа. Оканчивалась хвостовая часть эжекторным соплом. Сверху был установлен контейнер с тормозным парашютом, снизу – подфюзеляжный гребень.

Предполетная подготовка и запуск «Ястреба» производились на стартовой установке «СУРД-1», которая могла буксироваться тягачом «МАЗ-537». Перед пуском выполнялись предусмотренные проверки бортовых систем и в автопилот вводилась заранее рассчитанная программа полета. Самолет поднимался в стартовое положение под углом 12° к горизонту.

Включался маршевый двигатель и выводился на максимальный, затем на форсажный режим работы. Самолет при этом удерживался на установке единственным специальным болтом.

Далее командир стартового расчета производил пуск. Одновременно срабатывали оба пороховых ускорителя, и аппарат, срезая спецболт, сходил с установки. Через несколько секунд после старта отработавшие ускорители отстреливались.

Далее разведчик летел в автоматическом режиме.

На завершающем этапе полета самолет управлялся, как правило, в ручном режиме, с помощью бортовых и наземных радиотехнических средств. Это позволяло точнее вывести аппарат в район посадки. Над выбранным местом подавались радиокоманды на выключение маршевого двигателя, слив остатков топлива, перевод «Ястреба» в набор высоты для гашения скорости и выпуск тормозного парашюта. После этого производилось отделение от самолета носовой части, выпуск ее посадочных опор и основного парашюта, обеспечивающих безопасное приземление этого отсека.

Хвостовая часть самолета опускалась на землю на тормозном парашюте с большой вертикальной скоростью и при ударе о землю деформировалась так, что повторно быть использована не могла. При проектировании «Ту-123» предполагалось многократное использование его носовой части.

Однако на практике для каждого полета целиком готовился новый самолет.

Существовавший задел по беспилотному самолету «Ту-121» позволил в короткие сроки подготовить к испытаниям первые экземпляры «Ястреба» для заводских и совместных испытаний. Заводские испытания были закончены в сентябре 1961 года, государственные испытания – в декабре 1963 года.

На основании положительных результатов этих испытаний постановлением Совета министров от 23 мая 1964 года система дальней беспилотной фото– и радиотехнической разведки «Ястреб» была принята на вооружение советских ВВС.

Серийное производство беспилотного самолета «Ту-123» и других элементов системы продолжалось в Воронеже до 1972 года; всего было построено 52 экземпляра. Полеты «Ястреба» с целью проверки и поддержания практических навыков специалистов обслуживающих частей проводились, как правило, только на крупных советских полигонах, а маршрут прокладывался над малонаселенными районами СССР.

Если из-за отказа бортовой аппаратуры самолет отклонялся от маршрута с тенденцией ухода за пределы полигона, производилась его ликвидация: с земли поступала радиокоманда на выключение двигателя и перевод машины в пикирование с глубоким креном.

Система состояла на вооружении разведывательных подразделений ВВС, дислоцировавшихся в западных приграничных военных округах, до 1979 году. После принятия на вооружение в 1972 году разведчика «МиГ-25Р» комплексы «ДБР-1» постепенно стали снимать с эксплуатации.

Создание самолетов «Ту-121», «Ту-123» и системы «Ястреб» заложило основы по аэродинамическим расчетам беспилотных самолетов с учетом законов автоматического управления, специфики проектирования и изготовления бортового оборудования и, прежде всего, по системам навигации и управления, технологии изготовления и отработки в производстве беспилотных летательных аппаратов, их испытаний и доводки.

На основе самолета «Ту-123» было подготовлено несколько интересных проектов. Среди них – беспилотный caмолет-мишень «Ту-123М» («Ястреб-М»), полностью спасаемый самолет «Ту-139» («Ястреб 2»), проект самолета «Ту-123» с ядерной силовой установкой, проект самолета «Ту-123» с прямоточными воздушно-реактивными двигателями, рассчитанный на скорости в 3 или 4 Маха. Рассматривался и пилотируемый вариант возвращаемого разведчика «Ту-123П» («Изделие 141», «Ястреб-П»). Однако для нас наибольший интерес представляет проект использования самолетов «Ту-123» в качестве последней ступени ударной ракетной планирующей системы «Ту-130».