Авиация и космонавтика 2009 11 - [4]

Траектория полета ВКС с ЯРД состояла из следующих участков:

- взлет с земли по-самолетному на ТРДФ (при тяге ТРДФ 240 тс длина разбега составляла бы 800 м);

- начальный разгон - набор высоты с ТРДФ (скорость в конце разгона - 2200 км/ч, высота не менее 10000 м, что обуславливалось минимальной высотой включения ЯРД));

- баллистический участок разгона на ЯРД до круговой орбитальной скорости;

- полет по круговой орбите с маневрированием. Запас топлива на ВКС позволял осуществлять маневр с поворотом орбиты на 12,5° в каждую сторону, грубый маневр осуществлялся с помощью ЯРД, более тонкое корректирование производилось с помощью кислородно-водородных верньерных ЖРД;

- торможение для спуска с орбиты предполагалось осуществлять с помощью твердотопливных двигателей. Дальнейшее снижение происходило с неработающими двигателями по траектории стационарного планирования, обеспечивающего минимальные значения температуры нагрева нижней поверхности ВКС. При вхождении в более плотные слои околоземной атмосферы ВКС мог совершать боковой маневр с использованием аэродинамических сил, при этом боковое отклонение могло достигать 1500 км;

- полет на посадку происходил с работающими ТРДФ начиная с высот 10000 - 20000 м со скоростью 1000 - 2000 км/ч, с расстояния до 500 км;

- заход на посадку производился по-самолетному. Длина пробега 1000 - 1400 м.

ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВКС С ЯРД

стартовая масса, г 380 - 450

масса полезной нагрузки,

выводимой на орбиту, г 68

площадь крыла, м2 1150

площадь килей, м2 300

длина ВКС\ м 74

размах крыла ВКС\ м 38

высота ВКС на стоянке, м 17

Важным фактором, во многом определявшим успех программ создания ВКС и гиперзвуковых самолетов, должно было стать освоение и внедрения в практику авиационно- космической техники криогенных технологий. В русле этих работ значительным достижением ОКБ стало создание и испытания экспериментального самолета Ту-155, силовая установка которого успешно работала на двух видах криогенного топлива: жидком водороде и СПГ.

Опыт создания, испытаний и доводок Ту-155, его криогенной силовой установки, а также сложнейшего наземного криогенного комплекса дал ценнейший практический материал для дальнейших работ ОКБ в области создания криогенных летательных аппаратов, в том числе и с гиперзвуковой скоростью полета.

Анализ положительных свойств криогенного топлива в авиационно- космической технике показал, что оно с наибольшим эффектом может использоваться при создании гиперзвуковых и воздушно-космических самолетов, а также в авиационно- космических системах.

В 70-е годы в ОКБ, в рамках начавшихся в СССР работ по многоступенчатым многоразовым воздушно-космическим аппаратам (МВКА), рассматривалось техническое предложение по подобным системам. К рассмотрению предлагалась воздушно-космическая система с МВКА, первой ступенью которой являлись разгонные блоки вокруг которого по периметру крепились МВКА и два дополнительных спасаемых топливных бака, выполненных в виде безмоторных крылатых аппаратов, оснащенных разворачивающимися консолями килей. После старта системы, горючее первоначально вырабатывалось из этих топливных самолетов- баков, после чего они отделялись от системы и они осуществляли планирующий полет к земле, в ходе которого их должны были перехватывать и подцеплять к себе специальные самолеты-спасатели. Затем самолеты-спасатели вместе с самолетами- баками выполняли посадку на аэродром.

ПРОЕКТ ОДНОСТУПЕНЧАТОГО ОРБИТАЛЬНОГО САМОЛЕТА (ООС)

С началом работ на Западе по одноступенчатым ВКС, работы по данной тематике оживились и в СССР. В первой половине 80-х годов совместно с ЦАГИ, другими предприятиями и организациями отечественного ВПК, ОКБ подготовило ряд конкретных технических предложений по созданию авиационно-космических систем на базе орбитального самолета с маршевой и корректирующей силовыми установками на основе ЖРД, с наземным или воздушным стартом с тяжелых самолетов-носителей.

В процессе детального изучения и анализа проблемы создания перспективной авиационно-космической системы (АКС) в плане наиболее оптимальных решений использования околоземного космического пространства в интересах оборонного комплекса страны и ее народного хозяйства на данном этапе в ОКБ рассматривались следующие возможные альтернативные варианты:

- одноступенчатый орбитальный самолет (ООС), стартующий горизонтально с аэродрома с помощью разгонной тележки;

- ООС, стартующий со специальной летающей платформы, обеспечивающей взлет и набор стартовых высоты и скорости ООС;

- ООС, стартующий со сверхтяжелого самолета-носителя со стартовой массой 1300 - 1500 т.

Схема ООС

Модель одноступенчатого орбитального самолета

Проведенное сравнение основных характеристик трех альтернативных концепций показало, что наибольшими возможностями по выводимой нагрузке и параллаксу при выведении груза на заданную орбиту обладает концепция АКС на базе комбинации ООС с сверхтяжелым самолетом-носителем.

В каждой из предложенных концепций рассматривались двигательные установки ООС на основе ЖРД и комбинации ЖРД + ПВРД. На том этапе, с учетом развития силовых установок был принят вариант с ЖРД, хотя и было признано, что системы с использованием ПВРД способны обеспечить более высокую эффективность по топливу, чем аппараты с ЖРД. Для ВРД эффективность использования на ООС возрастала с увеличением диапазона скоростей (чисел М), на котором работал ПВРД, вплоть до скоростей, соответствующих М=15 - 25. Однако характеристики конструкции ПВРД и их входных устройств в условиях отсутствия экспериментальных данных по опытным образцам, особенно на больших числах М полета (в частности, сверхзвуковое и гиперзвуковое горение), в тот период не позволяли принять их для практической проработки. В дальнейшем именно это направление стало основным в ОКБ для перспективных работ по ВКС. На тот период ООС с ЖРД, работавшим на компонентах: горючее - жидкий водород и окислитель - жидкий кислород, являлся наиболее реальным, как по степени готовности основных направлений (конструкции, двигатели, теплозащита и т.д.), так и по требуемым срокам создания (5-7 лет с учетом максимальной интенсификации по финансированию и привлечению людских и материальных ресурсов), по сравнению с вариантом АКС на базе ООС с ПВРД+ЖРД.