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

Автор книги: Антон Первушин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 16 (всего у книги 32 страниц)

Ударный беспилотный планирующий самолет «Ту130»

В 1957–1958 годах в ОКБ Туполева начались ис следовательские работы по программе создания ударного планирующего самолета «ДП» («Дальний Планирующий»).

Самолет «ДП» представлял собой последнюю беспилотную планирующую ступень ракетной ударной системы. В качестве ракеты-носителя рассматривались модификации боевых баллистических ракет среднего радиуса действия типа «Р-5» и «Р-12», рассматривался и вариант ракеты-носителя разработки самого ОКБ.

Согласно эскизному проекту самолет «ДП» должен был выводиться ракетой на высоту 80-100 километров, далее вся система разворачивалась на 90° и происходило отделение планирующего самолета «ДП». После отделения производилась одноразовая коррекция траектории «ДП», а дальше аппарат летел к цели по планирующей траектории, определявшейся его аэродинамическим качеством и скоростью в момент отделения на данной высоте. «ДП» выходил на цель на расстоянии около 4000 километров от места старта, развивая при этом скорость в 10 Махов. На конечном этапе «ДП» переводился в пикирование на цель. По сигналу высотомера на заданной высоте производился подрыв термоядерного заряда.

В ходе полета по траектории коррекция производилась с помощью автономной системы управления и аэродинамических органов управления. На борту отсутствовала какая-либо силовая установка, питание систем должно было осуществляться от химических источников тока и от воздушной системы баллонного питания. Для поддержания определенной температуры систем оборудования и термоядерного заряда на борту имелась система охлаждения.

Преимуществом ударной системы «ДП» по сравнению с ракетными стратегическими системами первого поколения была более высокая точность вывода в район цели при более простой и, соответственно, менее сложной системе наведения, а также обеспечение сложной траектории полета к цели, что значительно затрудняло действия средств ПРО и ПВО.

В течение двух лет в ОКБ-156 шли интенсивные работы по проекту «ДП». К теме были подключены многие предприятия и организации ВПК, разрабатывались новые конструкционные материалы, технологии, удовлетворявшие требованиям длительного полета на гиперзвуковых скоростях в условиях кинетического нагрева. Совместно с ЦАГИ изучались вопросы получения требуемых аэродинамических характеристик.

Совместно с ЛИИ были отработаны вопросы, связанные с созданием натурных моделей и получением на них требуемых для «ДП» режимов полета.

В качестве первоначального практического осуществления теоретических наработок по проекту решено было построить несколько экспериментальных летательных аппаратов.

Так появился прототип системы «ДП» – самолет «130» («Ту-130»).

В ходе проектирования самолета «Ту-130» и поиска его оптимальной аэродинамической компоновки исследовались различные аэродинамические схемы самолета: «симметричная» и «несимметричная», «бесхвостка», «утка» и так далее.

Была построена целая серия моделей, которые прошли продувки в аэродинамических трубах ЦАГИ, в том числе и на больших сверхзвуковых скоростях. В ЛИИ были проведены натурные летные испытания со сбросом летающих моделей самолета «130», снабженных твердотопливными ускорителями, с летающей лаборатории «Ту-16ЛЛ». Модели были оборудованы датчиками и аппаратурой, позволявшими получать информацию о поведении аппарата и его аэродинамических характеристиках на различных режимах полета. Эти эксперименты дали информацию о поведении аппарата на скоростях, близких к 2 Махам. Также были проведены отстрелы моделей с помощью артиллерийских орудий и газодинамических пушек. Эти испытания позволили выйти на скорости, соответствующие 6 Махам.

В 1959 году, после проведения большого объема теоретических и экспериментальных работ по теме «ДП», в ОКБ Туполева приступили к рабочему проектированию самолета «Ту-130».

Согласно окончательному проекту самолет «Ту-130» представлял собой сравнительно небольшой летательный аппарат: длина – 8,8 метра, размах крыла – 2,8 метра и высота – 2,2 метра. Для «Ту-130» была выбрана аэродинамическая схема самолета-«бесхвостки». Он имел клинообразный фюзеляж полуэллиптического поперечного сечения с тупой носовой частью. Низкорасположенное треугольное крыло небольшой площади с углом стреловидности по передней кромке 75° имело по всему размаху элевоны. Вертикальное оперение самолета состояло из двух килей: верхнего и нижнего, расположенных в задней части фюзеляжа. На обеих половинах киля имелись тормозные щитки, открывавшиеся по схеме «ножниц», с приводом от автономной электрогидравлической системы. Профили крыла и органов управления выполнялись клинообразными.

Планер изготавливался из нержавеющей стали, носовая часть фюзеляжа и передние кромки крыла и килей – из графита.

Система управления включала в себя систему начальной коррекции траектории. Посадка самолета «Ту-130» должна была осуществляться по команде от программной системы управления, спуск на землю осуществлялся на парашюте с большой поверхностью купола, контейнер которого находился в его хвостовой части. Предварительно скорость гасилась за счет открытых тормозных щитков.

В опытном производстве была заложена серия из пяти экспериментальных самолетов «130», предназначенных для проведения различных испытаний. В ходе постройки натурные фрагменты планера, наиболее нагруженные в тепловом отношении, подвергались термическим испытаниям в специальных тепловых камерах, с учетом расчетных тепловых нагрузок.

В 1960 году первый планер самолета «Ту-130» был готов и начались работы по оснащению его необходимым оборудованием и стыковке с ракетой-носителем «Р-12». Однако, несмотря на явные успехи ОКБ-156, проект «ДП» был закрыт на основании постановления Совета Министров от 5 февраля 1960 года за № 138-48.

Полученные данные были использованы в следующей, близкой по назначению работе КБ – космоплане «136» («Звезда»).

Пилотируемый космоплан «Ту-136» («Звезда»)

Исследования, проводившиеся по проектам «Ту-121», «Ту-123» и «Ту-130», показали возможность создания пилотируемого воздушно-космического самолета. И конструкторы ОКБ-156 азартно включились в соревнование за создание первого космоплана.

Эта тема, имевшая прежде всего научно-исследовательское значение, получила по бюро Туполева обозначение самолет «Ту-136» («Звезда»). Тема охватывала довольно широкий круг проблем, связанных с созданием экспериментального летательного аппарата, приспособленного для выполнения военных задач в ближнем космосе. В случае успеха при разработке экспериментального аппарата в дальнейшем предполагалось перейти к созданию на его базе целой серии космопланов военного назначения: разведчиков, бомбардировщиков-ракетоносцев, перехватчиков вражеских спутников. Также успех программы должен был стимулировать работы по созданию крупных воздушно-космических аппаратов много кратного использования. В этом смысле тема «Звезда» перекликалась с американской программой «Дайна-Сор».

Схема использования подобной системы представлялась конструкторам ОКБ Туполева следующим образом. Старт космоплана осуществляется с помощью мощной ракеты-носителя, способной выводить на околоземную орбиту грузы массой от 10 до 20 тонн. Далее космоплан совершает полет по орбите в режиме пилотируемого или беспилотного спутника.

Посадку он производит, маневрируя, переходя с более высоких на более низкие орбиты, а когда попадает в плотные слои атмосферы, то выполняет полет как обычный самолет до момента приземления на аэродром. После выхода на околоземную орбиту летчик-космонавт должен иметь возможность корректировать орбиту с помощью силовой установки, состоявшей из двух ЖРД, установленных в хвостовой части аппарата. Эти же двигатели планировалось использовать при посадочных маневрах.

Так как в то время было мало известно о длительном воздействии состояния невесомости и космического излучения на человека, космоплан был рассчитан на один или максимум несколько оборотов вокруг Земли.

Создание космоплана «Звезда» предполагалось разбить на три последовательных этапа, поскольку предварительно необходимо было изучить специфику полета с гиперзвуковой скоростью в нижних и верхних слоях атмосферы, изучить условия входа в нижние слои атмосферы, посадки на землю, а также создать конструкцию, способную работать в условиях сильного кинетического нагрева.

На первом этапе предполагалось использовать беспилотные летательные аппараты, по конфигурации соответствующие будущему космоплану (модель с твердотопливным двигателем, запускаемая с «Ту-16»). На них собирались освоить зоны гиперзвукового полета, отработать элементы конструкции, способные работать в условиях высоких температур (скорости до 9000 км/ч, потолки до 40 километров). Одновременно должны были производиться запуски моделей космоплана с помощью ракет-носителей «Р-5» и «Р-14» (3,9 км/с, 45 километров и 6,4–7,8 км/с, 90 километров, соответственно).

На втором этапе предполагалось перейти к работам над пилотируемыми гиперзвуковыми ракетопланами. Главной задачей второго этапа было освоение человеком специфики гиперзвукового полета и отработка посадки на летательном аппарате, по конфигурации близкому к будущему космоплану.

Отработку пилотируемого полета на малой скорости планировалось проводить с помощью самолета «136/1» – уменьшенной масштабной копии космоплана. Самолет «136/1» должен был стартовать с самолета-носителя «Ту-95К», развивая скорость до 1000 км/ч на высотах до 10 километров и при посадочных скоростях около 300 км/ч, что соответствовало посадочным режимам космоплана.

Гиперзвуковой полет планировалось осуществить с помощью самолета «139» (аналога американского экспериментального самолета «Х-15»), который обеспечивал пилотируемый полет на максимальной скорости 8000 км/ч (2,2 км/с) и потолка до 20 километров при посадочных скоростях 300 км/ч. Окончательную отработку пилотируемого полета на гиперзвуковых, трансзвуковых и дозвуковых скоростях планировалось осуществить на самолете «136/2» – модернизированном варианте «136/1», оснащенном дополнительной разгонной ракетной ступенью. Самолет «136/2» должен был совершать полеты на максимальных скоростях около 12000 км/ч (3,3 м/с) и высотах порядка 100 километров.

На третьем, заключительном, этапе программы «Звезда» речь шла о постройке космоплана «136», рассчитанного на достижение максимальной скорости 28 500 км/ч (7,92 км/с), диапазона рабочих высот полета – 50-100 километров и дальности полета не менее 40 000 километров (один оборот вокруг Земли).

В ходе работ по космоплану «Ту-136» в ОКБ было рассмотрено несколько вариантов аэродинамической компоновки космоплана. В работе находились схемы, повторявшие самолет «Ту-130», а также варианты, близкие к американским проектам, создаваемым по программе «Дайна-Сор».

Наиболее детальному изучению подвергся вариант, выполненный по схеме «утка». Для него была проработана компоновочная схема размещения оборудования и агрегатов, силовой установки, посадочного устройства и средств спасения экипажа. Разрабатывался и беспилотный вариант космоплана – «137» («Ту-137», «Спутник»).

В ходе работ по теме «Звезда» в ОКБ Туполева серьезно занимались вопросом создания ракеты-носителя. Существовавшие на тот период ракетные системы не удовлетворяли бюро по своей грузоподъемности, ведь речь шла о выводе на орбиту груза массой в 10 или даже в 20 тонн. Разработка универсальной тяжелой ракеты тогда только начиналась, а реальные результаты могли появиться не ранее второй половины 60-х годов. Модернизация же серийных ракет-носителей «Р-7», «Р-14» и «Р-16» не могла обеспечить необходимую грузоподъемность. В сложившейся ситуации Андрей Туполев принял решение о создании тяжелой ракеты собственными силами. Были рассмотрены варианты двухступенчатых и трехступенчатых ракет-носителей, способных выводить на околоземные орбиты грузы массой, соответствующей космоплану «Ту-136».

Работы по теме «Звезда» в ОКБ-156 продолжались до 1963 года, но так и не вышли за рамки научно-исследовательских проработок и эскизных проектов, поскольку Туполеву так и не удалось получить государственный заказ на создание космоплана.

Планирующий космический аппарат Цыбина («Лапоток»)

В 1957 году авиаконструктор Павел Цыбин, возглавлявший ОКБ-256 Госкомитета авиационной техники при Совете Министров СССР, получил задание на разработку проекта воздушно-космического аппарата в противовес американской программе «Дайна-Сор». В то время Сергей Королев еще считал парашютную посадку бесперспективной, явно отдавая предпочтение схеме планирующего спуска, а потому, по его заказу, Цыбин инициировал проект планирующего космического аппарата «ПКА». Эскизный проект «ПКА» был подписан Цыбиным 17 мая 1959 года.

Согласно этому проекту пилотируемый «ПКА» выводился на орбиту высотой 300 километров ракетой-носителем «Восток». После орбитального полета в течение 24–27 часов «ПКА» должен был сойти с орбиты и возвратиться на Землю, планируя в плотных слоях атмосферы. В начале спуска, в зоне интенсивного теплового нагрева «ПКА» использовал подъемную силу несущего корпуса оригинальной формы (Сергей Королев дал ему название «Лапоток»), а потом, снизив скорость до 500–600 м/с, с высоты 20 километров планировал с помощью раскрывающихся крыльев, сложенных при старте почти вертикально.

Время спуска «ПКА» с орбиты искусственного спутника Земли могло составить до полутора часов. Посадку предполагалось выполнить на специально выполненную грунтовую площадку с использованием лыжного шасси «велосипедного» типа – сначала на заднюю лыжу, а потом на переднюю.

Фюзеляж «ПКА» имел стальную обшивку, прикрепленную сваркой к силовому набору. От нагрева фюзеляж был защищен металлическим донным экраном, установленным с зазором в 100 миллиметров. Носок фюзеляжа и передние кромки аэродинамических поверхностей, изготовленных из стали, предполагалось охлаждать; причем рассматривалась возможность применения для этого жидкого лития. Согласно расчетам максимальная температура передней части теплозащитного экрана и кромок рулей могла достичь 1200 °C в отличие от верхней части фюзеляжа, где ожидаемая температура не превышала бы 400 °C. Сложенные стальные консоли крыла, находящиеся в аэродинамической «тени» фюзеляжа, при планировании «ПКА» не должны были подвергаться большому нагреву.

Внутри фюзеляжа размещались герметизированные кабина космонавта и приборный отсек, выполненные из алюминиевого сплава и защищенные теплоизоляцией. Космонавт располагался перед приборной доской в катапультном кресле, имеющем три положения – стартовое, рабочее, для отдыха. Кабина имела систему жизнеобеспечения, два боковых иллюминатора и прибор для астроориентации.

В приборном отсеке и непосредственно в фюзеляже размещалось оборудование, необходимое для осуществления орбитального полета и спуска.

Для маневрирования на орбите «ПКА» имел навесную двигательную установку, примыкающую к донному щиту фюзеляжа и закрытую обтекателем. ДУ включала топливные баки, систему подачи топлива и два жидкостных ракетных двигателя – тормозной и корректирующий. ДУ отделялась от аппарата на высоте 90 километров после выдачи тормозного импульса для схода сорбиты.

Для ориентации «ПКА» на орбите и при входе в плотные слои атмосферы применялись реактивные сопла, работающие на продуктах разложения перекиси водорода.

В случае аварии ракеты-носителя на высотах до 10 километров космонавт мог катапультироваться из кабины «ПКА». На больших высотах производилось аварийное отделение аппарата от ракеты, раскрытие консолей крыла и спуск на Землю.

Сергей Королев старался быть в курсе всех работ, проводившихся по «Лапотку» в ОКБ-256. От его собственного бюро в этих работах участвовали проектанты по космическим аппаратам и ракетам-носителям. Кроме того, к проекту были подключены коллективы ЦАГИ и ВИАМ.

После начала работ по «ПКА» в ЦАГИ выяснилось, что проблемы, встающие перед создателями крылатых космических аппаратов, гораздо серьезнее, чем было принято до этого считать. В частности, после продувок в аэродинамических трубах стало ясно, что тепловые нагрузки на теплозащитный экран значительно превосходят расчетные и материал экрана надо будет менять, а узел шарнира поворота консолей крыла на самом напряженном участке спуска находится в «застойной» зоне с повышенным подводом тепла и практически полным отсутствием теплоотвода. Требовались более детальные проработки проекта с моделированием реальных условий полета на аппаратах-аналогах.

Ракетчики, узнав о результатах, заметно охладели к идее планирующих крылатых аппаратов. Для первого космического корабля Королев выбрал схему с баллистическим спускаемым аппаратом как более простую, надежную и требующую наименьших затрат при экспериментальной отработке. Кроме того, начатая в те годы кампания против военных самолетов в пользу баллистических ракет затронула многие авиационные ОКБ. В октябре 1959 года ОКБ-256 было закрыто.

Штат перевели сначала в ОКБ-23 Владимира Мясищева, а осенью 1960 года вместе с расформированным ОКБ-23 – в филиал № 1 ОКБ-52 Владимира Челомея. Здесь под руководством Сергея Хрущева, сына Никиты Сергеевича, инженеры-конструкторы двух закрытых ОКБ продолжили работу над ракетопланом «Р». Главный конструктор Павел Цыбин перешел на работу в ОКБ-1 заместителем Королева, а все материалы по «ПКА» были переданы в ОКБ Артема Микояна, где в это время начинались работы по воздушнокосмической системе «Спираль».

Самолет-снаряд «М-44»

Еще один проект Павла Цыбина – крылатая ракета «РСС» – получил развитие в ОКБ-23 Владимира Мясищева. Здесь этот аппарат, являющийся по сути прототипом космоплана, проходил как самолет-снаряд «Изделие 44» («М-44»).

Беспилотный самолет «М-44», предназначавшийся как оружие дальнего действия для стратегических систем «М-52», «М-56К» и «ЗМ», должен был обладать меньшими габаритами и гораздо лучшими летно-техническими характеристиками, чем американский ракетоплан «Х-20».

Габариты «М-44»: длина корпуса – 14 метров, размах крыла – 5,725 метра, диаметр корпуса – 1,38 метра, площадь крыла 18,1 м2, стартовая масса – 11 000 килограммов, масса топлива – 4400 килограммов, масса боевой части – 2700 килограммов.

«М-44» оснащался инерциальной системой наведения и двумя турбореактивными двигателями «КР-5-25» (или «РЗ-45Ф») с тягой на форсаже в 5650 килограммов. Согласно расчетным данным дальность действия «М-44» должна была составить от 2000 до 2300 километров. Максимальная скорость снаряда – 3200 км/ч, потолок – 21 километр.

Компоновка и аэродинамика «М-44» увязывались в процессе проектирования с самолетом-носителем с целью получения минимального сопротивления в полете.

Воздушно-космические аппараты Мясищева

С поручением оценить перспективы создания воздушно-космического аппарата, способного обеспечить планирующий спуск, Сергей Королев обратился не только к Цыбину, но и к Владимиру Мясищеву.

С 1958 года в ОКБ-23 начались работы по эскизному проектированию пилотируемой ракеты с круговой дальностью полета (так она обозначалась в официальных документах).

Этот аппарат, получивший название «М-46», представлял собой небольшой звездообразный одноместный исследовательский аппарат, отличавшийся весьма скромными массово-геометрическими характеристиками: длина – 3,5 метра, ширина фюзеляжа – 1 метр, стартовая масса – 1000 килограммов.

«М-46» должен был выводиться ракетой «Р-7» на высоту полета, не превышавшую 120–130 километров.

В рамках проекта «46» также прорабатывался воздушно-космический аппарат по схеме «фара», по форме очень напоминавший спускаемый аппарат появившегося позднее космического корабля «Союз».

Принципиальная разница между этим вариантом «М-46» и спускаемой капсулой «Союза» состоит в том, что заключительный этап снижения планировалось осуществлять с помощью авторотирующего винта вместо парашюта. В это же время подразделение конструктора Селякова предложило крылатый космический аппарат, использующий аэродинамическую подъемную силу при полете в атмосфере.

«Граненый» одноместный аппарат имел острую переднюю кромку, оснащенную легкосъемным оплавляемым теплозащитным покрытием.

В 1959 году Павел Цыбин, конструкторское бюро которого влилось в состав ОКБ Мясищева, предложил новый орбитальный корабль самолетной схемы и с несущим корпусом.

По всей видимости, с этого предложения начался проект космоплана «48» («М-48», «ВКА-23»).

Разработка конструкции изделия по проекту «48» во многом была облегчена тем, что в ОКБ-23 был уже накоплен опт изготовления и отработки теплонапряженной конструкции крылатой ракеты «М-40» («Буран»), корпус которой способен был выдерживать нагрузки при температурах до 350 °C. Расчеты по определению температуры пограничного слоя при аэродинамическом нагреве показали, что нижняя поверхность крыла при входе в атмосферу будет нагреваться до 1500 °C.

Исходя из этого и подбиралась теплозащита, разработкой которой занимался ВИАМ. С целью снижения веса воздушно-космического аппарата была выбрана теплозащита из пенокерамики, отличающейся однако большой хрупкостью. Для обеспечения ее целостности нужно было иметь жесткую поверхность крыла, чтобы при деформации не разрушить покрытие.

Конструктивно пенокерамику включили в контур крыла в виде плат, как это было выполнено позднее на американском челноке «Спейс Шаттл» и на советском космическом корабле «Буран», и устанавливалась на клею с прослойкой.

Космоплан «М-48» создавался в сотрудничестве с ОКБ-1 и НИИ-1, которые возглавляли соответственно Сергей Королев и Мстислав Келдыш, поэтому в конструкции аппарата использовались узлы и оборудование, создаваемые в рамках программы «Восток».

Всего было предложено два основных варианта «М-48».

Более ранний вариант, датируемый 1959 годом, имел следующие габариты: полная длина – 9,4 метра, максимальный диаметр – 3,9 метра, размах крыла – 7,5 метра, полная масса – 3500 килограммов, масса топлива – 120 килограммов.

Более поздний вариант, датируемый 1960 годом: полная длина – 9 метров, максимальный диаметр – 2 метра, размах крыла – 6,5 метра, полная масса – 4500 килограммов, масса топлива – 600 килограммов.

Оба варианта были пилотируемыми, управление и габариты кабины рассчитывались на одного космонавта. Ракетный двигатель космоплана должен был работать на водороде или фторе в качестве горючего и на кислороде – в качестве окислителя.

«М-48» предназначался для вывода на орбиту высотой до 500 километров полезной нагрузки до 700 килограммов.

Единственным носителем, способным в то время осуществить задуманное, была ракета «Р-7». На любом участке полета пилот мог покинуть космоплан: на высотах до 11 километров он мог катапультироваться вместе с креслом, на больших высотах спасательным средством служил сам космоплан, по аварийному сигналу отделяющийся от носителя.

При возвращении на Землю управляемый спуск планировалось начинать с высоты 40 километров, имея возможность бокового маневра до 100 километров, а дальность планирования доходила до 200 километров. Приземление осуществлялось при вертикальной скорости 10–12 м/с на посадочную лыжу.

Проект «М-48» так и не был доведен до этапа постройки прототипа. Осенью 1960 Мясищева отправили руководить ЦАГИ, а ОКБ-23 стало филиалом № 1 ОКБ-52 Владимира Челомея.