В космос по спирали: Схватка за сверхзвук

В июне 1954 года США начинают программу испытаний крылатого гиперзвукового ракетоплана Х-15, который должен был, стартуя из-под крыла переоборудованного стратегического бомбардировщика В-52, за несколько минут развить скорость в шесть раз больше скорости звука и достичь высоты 76 км! Облет первого образца под крылом самолета был совершен 10 мая 1959 года, а уже 8 июня Х-15 впервые отделился от В-52 и совершил самостоятельный планирующий полет. Первое включение ракетного двигателя провели 17 сентября, и в дальнейших испытательных полетах рекорды «посыпались» один за другим — 4 августа 1960 года достигнута скорость 3514 км/ч, а 12 августа — высота 41 605 м; 7 марта 1961 года Х-15 развил скорость 4264 км/ч, в полете 31 марта взята высота 50 300 метров; 21 апреля достигнута скорость 5033 км/ч, 12 сентября — уже 5832 км/ч. Стокилометровый рубеж, считающийся «официальной» границей космоса, был преодолен 22 августа 1963 года — максимальная высота полета 107 906 м!

Вдохновленные успехом X-15 ВВС США начали разработку военного космического ракетоплана в рамках проекта «Дайна-Сор» (Dyna Soar — от Dynamic Soaring — «Динамичный взлет»). Ракетный самолет, получивший название X-20, должен был летать со скоростью 24 000 км/ч и был, по сути, развитием идеи немецкого космического бомбардировщика Зенгера (см. «ПМ» №8'2004). Этонеудивительно, учитывая, что ключевые инженерные посты в американской космической программе занимали немецкие специалисты. Новый ракетоплан планировалось вооружить управляемыми ракетами классов «космос-космос», «космос-воздух» и «космос-земля» и обычными бомбами. Нижняя поверхность X-20 закрывалась металлическим теплозащитным экраном из молибдена, выдерживающего температуру до 1480 °C, передние кромки крыла изготавливались из сплава молибдена, который выдерживал температуры до 1650 °C. Отдельные места аппарата, которые при входе в атмосферу нагревались до 2371 °C, были защищены армированным графитом и циркониевым полусферическим колпаком в носовой части фюзеляжа или облицовывались керамическим теплоизолирующим покрытием из ниобия. Пилот располагался в катапультном кресле, обеспечивающем спасение только на дозвуковых скоростях. Кабина экипажа была оснащена боковыми окнами и ветровым стеклом, защищенными теплозащитными экранами, которые сбрасывались перед самой посадкой. Полезный груз массой до 454 кг размещался в закабинном отсеке. Посадочное шасси состояло из трех убираемых стоек, оснащенных лыжами.

Но в отличие от немецкого предшественника X-20 не был космическим самолетом в прямом смысле этого слова. Он должен был стартовать с мыса Канаверал традиционным способом на вершине ракеты-носителя Titan-IIIC, которая и выводила ракетоплан на орбиту высотой 97,6 км. Далее X-20 должен был либо разгоняться сам, используя собственные ракетные двигатели, либо, совершив неполный виток, планировать на авиабазу Эдвардс. Намечалось, что первый сброс с самолета B-52 будет произведен уже в 1963 году, первый беспилотный полет осуществится в ноябре 1964 года, а первый пилотируемый — в мае 1965-го. Однако эта военная программа тихо умерла раньше, не выдержав конкуренции с простым и дешевым решением — отправкой астронавтов в космос на баллистической ракете в герметичной капсуле, осуществленной гражданской организацией NASA.

По иронии судьбы именно в тот момент, когда американцы закрывали свою программу пилотируемых ракетопланов, СССР, впечатленный рекордами X-15, решил «догнать и перегнать» Америку. В 1965 году ОКБ-155 Артема Микояна поручают возглавить работы по орбитальным и гиперзвуковым самолетам, точнее — по созданию двухступенчатой авиационно-космической системы «Спираль». Руководил темой Глеб Лозино-Лозинский.

115-тонная «Спираль» состояла из 52-тонного гиперзвукового самолета-разгонщика, получившего индекс «50−50», и расположенного на нем 8,8-тонного пилотируемого орбитального самолета (индекс «50») с 54-тонным двухступенчатым ракетным ускорителем. Разгонщик достигал гиперзвуковой скорости 1800 м/с (М=6), а затем, после разделения ступеней на высоте 28−30 км, возвращался на аэродром. Орбитальный самолет с помощью ракетного ускорителя, работающего на фтороводородном (F2+H2) топливе, выходил на рабочую орбиту.

Экипаж разгонщика размещался в двухместной герметичной кабине с катапультными креслами. Обитальный самолет вместе с ракетным ускорителем крепился сверху в специальном ложе, причем носовая и хвостовая части закрывались обтекателями.

В качестве топлива разгонщик использовал сжиженный водород, который подавался в блок из четырех турбореактивных двигателей АЛ-51 разработки Архипа Люльки, имеющих общий воздухозаборник и работающих на единое сверхзвуковое сопло внешнего расширения. Особенностью двигателей было использование паров водорода для привода турбины. Второе принципиальное новшество — интегрированный регулируемый гиперзвуковой воздухозаборник, который использовал для сжатия поступающего в турбины воздуха практически всю переднюю часть нижней поверхности крыла. Расчетная дальность полета разгонщика с нагрузкой составляла 750 км, а при полете в качестве разведчика — более 7000 км.

Боевой многоразовый пилотируемый одноместный орбитальный самолет длиной 8 м и с размахом крыла 7,4 м выполнялся по схеме «несущий корпус». Благодаря выбранной аэродинамической компоновке из общего размаха на стреловидные консоли крыла приходилось лишь 3,4 м, а остальная часть несущей поверхности соотносилась с шириной фюзеляжа. Консоли крыла при прохождении участка плазмообразования (выведение на орбиту и начальная фаза спуска) отклонялись вверх для исключения прямого обтекания их тепловым потоком. На атмосферном участке спуска орбитальный самолет раскладывал крылья и переходил в горизонтальный полет.

Двигатели орбитального маневрирования и два аварийных ЖРД работали на высококипящем топливе АТ-НДМГ (азотный тетраксид и несимметричный диметилгидразин), аналогичном применяемому на боевых баллистических ракетах, которое в дальнейшем планировалось заменить на более экологичное топливо на основе фтора. Запасов топлива хватало на полет продолжительностью до двух суток, но основная задача орбитального самолета должна была выполняться в течение первых 2−3 витков. Боевая нагрузка составляла 500 кг для варианта разведчика и перехватчика и 2 т — для космического бомбардировщика. Фотоаппаратура или ракеты располагались в отсеке за отделяемой кабиной-капсулой пилота, обеспечивающей спасение пилота на любых стадиях полета. Посадка совершалась с использованием турбореактивного двигателя на грунтовой аэродром со скоростью 250 км/ч на выпускаемое четырехстоечное лыжное шасси.

Для защиты аппарата от нагрева при торможении в атмосфере предусматривался теплозащитный металлический экран из пластин жаропрочной стали ВНС и ниобиевых сплавов, расположенных по принципу «рыбьей чешуи». Экран подвешивался на керамических подшипниках, выполнявших роль тепловых барьеров, и при колебаниях температуры нагрева автоматически изменял свою форму, сохраняя стабильность положения относительно корпуса. Таким образом на всех режимах конструкторы надеялись обеспечить постоянство аэродинамической конфигурации.

К орбитальному самолету пристыковывался одноразовый двухступенчатый блок выведения, на первой ступени которого стояли четыре ЖРД тягой 25 тс, а на второй — один. В качестве топлива на первое время планировалось использовать жидкие кислород и водород, а впоследствии перейти на фтор и водород. Ступени ускорителя по мере вывода самолета на орбиту последовательно отделялись и падали в океан.

Планом работы над проектом предусматривалось создание к 1968 году аналога орбитального самолета с высотой полета 120 км и скоростью М=6−8, сбрасываемого со стратегического бомбардировщика Ту-95, своеобразного ответа американской рекордной системе — B-52 и X-15.

К 1969 году планировалось создать экспериментальный пилотируемый орбитальный самолет ЭПОС, имеющий полное сходство с боевым орбитальным самолетом, который выводился бы на орбиту ракетой-носителем «Союз». В 1970 году должен был начать летать и разгонщик — сначала на керосине, а спустя два года и на водороде. Полностью готовая система должна была стартовать в космос в 1973 году. Из всей этой грандиозной программы в начале 1970-х удалось построить всего три ЭПОСа — один для исследования полета на дозвуковой скорости, один для сверхзвуковых исследований и один — для выхода на гиперзвук. Но в воздух суждено было подняться только первому образцу в мае 1976 года, когда в США все аналогичные программы были уже свернуты. Совершив чуть более десятка вылетов, в сентябре 1978 года после неудачного приземления ЭПОС получил небольшие повреждения и больше в воздух не поднимался. После этого и так мизерное финансирование программы было свернуто — Минобороны уже вовсю было занято разработкой очередного ответа американцам — системы «Энергия»-«Буран».

Несмотря на официальное закрытие программы «Спираль», затраченный труд не пропал даром. Созданный задел и приобретенный опыт работы над «Спиралью» значительно облегчил и ускорил строительство многоразового космического корабля «Буран». Используя полученный опыт, Глеб Лозино-Лозинский возглавил создание планера «Бурана». Будущий космонавт Игорь Волк, выполнявший подлеты на дозвуковом аналоге ЭПОСа, впоследствии первым поднял в воздух атмосферный аналог «Бурана» БТС-002 и стал командиром отряда летчиков-испытателей по программе «Буран».