Главная страница >  Даты 

Челночная космонавтика как точная наука

По прогнозу Артура Кларка в 2012 году начнутся регулярные полеты первых аэрокосмолетов (комбинация самолета и космического корабля). К великому сожалению, на сей счет всемирно известный фантаст и прорицатель явно заблуждается...

Челночная космонавтика как точная наука

После единственного беспилотного полета орбитального корабля "Буран" прошло уже более 12 лет, но до сих пор нет единого мнения о том, является этот полет крупным достижением или, напротив, досадным недоразумением в развитии отечественной космонавтики. Говорят, история ничему не учит, и все же...

* * *

Создатели ракетно-космического комплекса "Энергия" - "Буран" с завидной настойчивостью и с "легкостью необыкновенной в мыслях" утверждают, что их детище "опередило свое время", и выражают надежды на то, что "государственная мудрость позволит найти оптимальный путь использования созданного достояния". Оправдывая задним числом необходимость строительства такого комплекса, они приводят аргументы, которые можно отнести к модной ныне категории виртуальной реальности, а проще говоря, к разряду мифов.

Не следует забывать о "Буранной" мифологии

Миф второй: систематические полеты "Бурана" оказались невозможными из-за кризиса российской экономики. Разоблачение этого мифа не составляет особого труда: мнимые универсальность и многоразовость комплекса "Э-Б" обернулись для нас неслыханными, затратами (17 миллиардов рублей в доперестроечных ценах!) только на его проектирование, строительство ж наземные испытания. О стоимости его несостоявшейся эксплуатации можно судить лишь по косвенным оценкам. Каждый полет американского челнока. "Спейс Шаттл", у которого единственным одноразовым элементом конструкции является подвесной топливный бак, обходится налогоплательщикам США примерно в 400 миллионов долларов. Учитывая эти данные, легко представить, во что обошелся нам полет "Бурана", сопровождавшийся безвозвратной потерей такого дорогостоящего носителя, каким оказалась ракета "Энергия" с ее уникальными двигателями и автономной системой управления" Вывод напрашивается сам собой: освоение практического применения и регулярная эксплуатация комплекса "Э-Б" нанесли бы ощутимый урон экономике страны даже в условиях ее бескризисного развития.

Миф первый: комплекс "Э-Б" представляет собой универсальную многоразовую космическую систему, В действительности многоразовым является лишь один из двух компонентов этой системы - орбитальный корабль "Буран", - хотя возможность многократного использования его и не подтверждена на практике. Что же касается "Энергии", то это обычная одноразовая ракета-носитель тяжелого класса, универсальность применения которой, помимо пусков с "Бураном", - запуски геостационарных спутников связи, выведение в космос блоков крупной орбитальной станции, осуществление экспедиции на Луну и пр. - также не получила реального воплощения.

Все это мифотворчество не в состоянии, затушевать столь очевидный, сколь и парадоксальный факт: разработчики комплекса "Э-Б", во-первых, имели очень смутное представление о его предназначении, а во-вторых, их нимало не смущали стоимостные аспекты реализации своего проекта. И это в годы, когда народное хозяйство было плановым, и вопреки руководящему "ценному указанию" о том, что "экономика должна быть экономной"!

Миф третий, не требующий комментариев ввиду его полной абсурдности: создание "Бурана" якобы предотвратило угрозу бомбардировки российской столицы с борта американского космического челнока, выводимого с завидной регулярностью на околоземную орбиту.

В октябре 1998 года исполнилось 30 лет с начала регулярных пилотируемых полетов космических кораблей типа "Союз". За эти годы корабль "Союз" неоднократно модернизировался, но при этом положенные в его основу технические решения оставались неизменными: он как был, так и остался одноразовым маломаневренным кораблем-спутником со спускаемым аппаратом, приземляющимся с помощью парашютов в узкой полосе, определяемой наклонением орбиты, - без так называемого параллакса.

Проекты или прожекты?

Итак, российская космонавтика вступает в XXI век без собственного орбитального корабля многократного применения. Между тем, в последнее десятилетие во многих индустриально развитых странах, и прежде всего в США, широко проводятся расчетно-теоретические и экспериментальные исследования, направленные на создание многоразовых аэрокосмических систем второго поколения, в том числе и воздушно-космических самолетов, использующих атмосферу Земли не только при возвращении с орбиты, но и на начальном этапе полета - от старта до высоты порядка 40 километров. Справедливости ради надо сказать, что среди многочисленных проектов подобных систем мало принципиально новых по сравнению с аналогичными проработками тридцатилетней давности, разве что еще больше стало экзотики и экстравагантности. Заявки некоторых зарубежных фирм на разработку одноступенчатых аэрокосмических челноков явно "опережают время" и носят прожектерский, откровенно рекламный характер.

Существенным недостатком "Союза" следует признать значительные (до восьмикратных) перегрузки, воздействующие на экипаж при торможении спускаемого аппарата в земной атмосфере. Не случайно доставку на Международную космическую станцию МКС - эту своеобразную "коммуналку на орбите" - и возвращение с нее астронавтов и космонавтов планируется осуществлять челноком "Спейс Шаттл", на всех этапах полета которого перегрузки не выше троекратных, а наши "Союзы" предполагается использовать лишь как средство для экстренного (аварийного) покидания станции экипажем.

Давно известная заманчивая идея применения гиперзвуковых воздушно-реактивных двигателей (ВРД) для старта и разгона многоразовых космических систем по-прежнему остается "журавлем в небе". Все мыслимые схемы таких двигателей - прямоточные, турбопрямоточные, ракетно-прямоточные, ракетно-турбинные и другие - достаточно подробно были исследованы еще в 60-х годах нашего столетия, однако ни одна из них так и не получила реального воплощения в металле.

Бум "идей многоразовости" не обошел стороной и российские ракетно-космические фирмы. После прекращения работ по бесперспективному "Бурану" основополагающие принципы челночной космонавтики не были преданы у нас забвению: они стали теоретической базой для целого ряда аэрокосмических проектов, выполняемых в рамках поисковой научно-исследовательской темы "Орел". Как и аналогичные зарубежные проекты, они различаются по глубине проработки в концептуальном, конструкционном и стоимостном отношениях. Общими же для них являются трудности решения одной и той же задачи - проблемы выбора эффективной и надежной силовой установки первой ступени проектируемой системы.

Стартует как ракета, возвращается как планер

Объясняется это тем, что на пути создания гиперзвуковых ВРД существуют серьезные препятствия, из числа которых самым труднопреодолимым считается, пожалуй, обеспечение подвода к таким двигателям атмосферного воздуха, служащего для них рабочим телом и одновременно окислителем горючего. Дело в том, что в полном соответствии со вторым законом термодинамики молекулы воздуха "не желают" уплотняться: для них, молекул, (как, впрочем, и для людей) это сугубо противоестественный процесс. По этой и по ряду других причин гиперзвуковые ВРД, предназначаемые для работы в широких диапазонах скоростей и высот полета, оказываются очень "капризными" - они требуют значительного изменения количества подводимого к ним воздуха в зависимости от изменения полетных условий. Возникает чрезвычайно сложная задача конструирования силовых установок с регулируемыми гиперзвуковыми воздухозаборниками, нуждающимися к току же в интенсивном охлаждении. При существующих конструкционных материалах и современных технологиях эта задача не поддается решению.

Крылатые летательные аппараты с ЖРД принято называть ракетопланами. Первым действующим ракетопланом в авиации явился Ме-163 - немецкий истребитель-перехватчик времен второй мировой войны, - а в космонавтике им стал американский "Спейс Шаттл". (Заметим, что наш "Буран", не имеющий собственного разгонного двигателя, не может быть отнесен к классу ракетопланов: он представляет собой по существу орбитальный планер.)

Сказанное выше позволяет сделать негативный прогноз: в ближайшие два-три десятилетия не приходится рассчитывать на появление эффективно и надежно работающих гиперзвуковых ВРД, Значит, при разработке многоразовых аэрокосмических систем второго поколения нужно ориентироваться на менее экономичные, но зато хорошо освоенные жидкостные ракетные двигатели (ЖРД).

По современным представлениям, это должен быть двухступенчатый комплекс без каких-либо отбрасываемых в полете частей конструкции. Первая ступень комплекса - ракетоплан-разгонщик - снабжена несколькими линейными ЖРД, хорошо вписывающимися в глубоко интегрированную аэродинамическую схему "несущий фюзеляж плюс крыло". Линейные ЖРД могут быть обычными двухкомпонентными или перспективными трехкомпонентными, использующими в качестве окислителя жидкий кислород, а в качестве горючего - сначала керосин, а затем жидкий водород.

Каким же видится облик перспективного космического ракетоплана в самых общих чертах?

Вторая ступень комплекса - орбитальный ракетоплан - по своей аэродинамической схеме и конструкции мало отличается от первой. Ее силовая установка, также состоящая из нескольких двух- или трехкомпонентных ЖРД, работает со старта вплоть до выхода на орбиту. До момента разделения ступеней (он оптимизируется по простому критерию - минимизации стартовой массы комплекса при заданной полезной нагрузке) двигатели орбитального ракетоплана питаются топливом из баков ракетоплана-разгонщика. После разделения ступеней ракетоплан-разгонщик возвращается к месту старта и производит посадку на аэродром как планер, а вторая ступень разгоняется с набором высоты до первой космической скорости. Выполнив задание, орбитальный ракетоплан тормозится в плотных слоях атмосферы с максимально возможным боковым маневром (параллаксом) до 2000 километров и совершает посадку на заданный аэродром.

Ракетоплан-разгонщик вместе с установленной на нем второй ступенью стартует вертикально. Предпочтение вертикальному старту отдается по двум соображениям. Во-первых, набор высоты следует производить как можно быстрее, чтобы минимизировать расход топлива "прожорливыми" ЖРД на преодоление земного притяжения (правда, возникающая при быстром подъеме перегрузка не должна превышать трех-четырех единиц по требованиям комфортности для экипажа). Во-вторых, при таком старте в несколько раз уменьшается масса шасси первой ступени, так как оно используется лишь для посадки ракетоплана-разгонщика, полностью выработавшего запас топлива.

Разумеется, о целесообразности разработки такого проекта (как и всякого другого) можно будет судить лишь по результатам его тщательной экспертной оценки. Состоявшееся в 1999 году преобразование Российского космического агентства в "отечественное НАСА в миниатюре" - Российское авиационно-космическое агентство (РАКА) вселяет определенную надежду на то, что из множества разрабатываемых в России проектов многоразовых аэрокосмических систем будет выбрана (на конкурсной основе, разумеется) система, обеспечивающая высокий уровень транспортной эффективности, надежности и безопасности для окружающей среды.

Важно отметить, что первая ступень комплекса может использоваться не только как разгонщик орбитального ракетоплана, но и как летающая лаборатория для испытаний перспективных гиперзвуковых ВРД.


Поиск оптимального с технической точки зрения и посильного для экономики страны пути развития челночной космонавтики в XXI столетии должен стать для РАКА одной из насущных задач, решение которых не терпит отлагательства. Каманин Л.Н. Оригинальный текст предоставлен автором и используется с его разрешения. Статья подготовлена к печати в 2000 году, но не была опубликована. Компьютерная обработка AVV.





Далее:
Профессионал, астронавт, человек.
Слово о космонавте В.В.Лебедеве.
В преддверии совместного полёта.
Орбитальные лаборатории.
Крылом к крылу с Иланом.
«Почему мы пишем «Ли Со Ён».
Туристы вместо космонавтов.
Быть творцом, искателем.
Поисково-спасательное обеспечение полетов МКС с ПК «Союз».


Главная страница >  Даты