Довгоочікувана заміна (Кліппер)
"Техніка-молоді" 2004 р №5, с. 1, 6-8
 |
▲Довгоочікувана новина прийшла із найстарішого космічного КБ нашої країни: на креслярських кульманах (ні, тепер уже — на дисплеях графічних станцій) оформилася заміна легендарного «Союзу» — багаторазовий транспортний «Кліпер»! Корабель полетить лише за кілька років, але вже сьогодні ми розповімо простежити його передісторію та заявити — промисловості це під силу! Тільки б не заважали.
| Д |
На жаль, чудес у світі не буває. Проект реального космічного апарату завжди "спирається на плечі гігантів". Це або відпрацьований прототип (цим шляхом пішла Китайська Народна Республіка), або величезний обсяг науково-дослідних робіт, що обґрунтовує можливість реалізації нових технічних рішень – так народжувалися «Союзи» та «Аполлони», «Шатли» та «Буран». Але за часів появи «Союзів» ніхто не сумнівався в масштабності загальнодержавних робіт, що передували його створенню. А зараз, після десятиліття розвалу та деградації, невже українська авіакосмічна промисловість здатна освоїти нову найскладнішу машину — багаторазовий апарат, що повертається (ВА)? Адже ніхто не повірить у те, що до 2000 р. було проведено всю об'ємну програму відпрацювання тієї хитрої аеродинаміки, щозакладено в такий гучно анонсований проект багаторазового космічного корабля «Кліпер».
І правильно зробить! Тому що таку програму було завершено набагато раніше.
Не починатимемо «від потопу» і виводитимемо історію «Кліпера» з перших експериментів з маневруючими апаратами, що поверталися, що проводилися на початку 1960-х років. Згадаймо значно менш давні події. Рік 1976, урядова постанова про створення Бурана. Знайома всім комбінація 5-блочної ракети та крилатого корабля була обрана далеко не відразу, спочатку опрацьовувався безкрилий варіант. Спершу це був циліндр із носовим конусом і стабілізуючою конічною «спідницею» на кормі — такий собі «цвях». Аеродинаміки підказали найкращий варіант: конус (у носі — з більшим кутом розчину, до корми — поменше) з напливами, які робили нижню частину плоскою, підвищуючи аеродинамічну якість та перерозподіляючи нагрівання при вході в атмосферу (на кромках — більше, на іншій поверхні — значно) менше). Щоправда, не дуже зрозуміло, як усе це передбачалося садити: посадкова маса корабля перевищувала б 50 т, а навантаження при нерівномірному торканні ґрунту 30-метровим кораблем могли відірвати космонавтам голови. Однак причиною переходу до крилатої схеми стала мала аеродинамічна якість, не виконувалася жорстка вимога щодо дальності бічного маневру. Але напрацювання залишились.
Коли на початку 1990-х інформація про цей проект потрапила на Захід, тамтешні експерти назвали корабель «глушколетом» — очевидно, на честь В.П. Глушка, головного конструктора «Бурана». Оскільки розробка призабута, назва не прижилася.
У середині 1980-х у НВО «Енергія» пророблявся апарат для висадки на Марс такої ж конструктивної схеми — горизонтальний циліндр із профільованим носом. Ось він кудибільше заслуговував на прізвисько «літаюча праска». Той марсіанський проект теж залишився на «паперовій» стадії, але форма посадкового апарату вибиралася не зі стелі, а базувалася на певних дослідженнях, у тому числі й експериментальних.
А в цей час зовсім в інших організаціях тих же міністерств точилася величезна робота над літальними апаратами, які вкрай рідко потрапляли на телеекрани та журнальні сторінки, десь до середини 1980-х рр. . реальністю стала давня мрія військових ракетників — керована боєголовка, що маневрує. Теоретично вона повинна підвищити точність стрілянини, а також сильно ускладнити життя ПРО противника, практично ж виявилася «горішком» міцнішим за космічний човник. Однак маневруючі бойові блоки були створені, надійшли на озброєння, в. з'ясувалося, що вони мають ще низку переваг. Тих, на які завжди наполягали апологети крилатих ВКС.
Звичайно, аеродинамічна якість безкрилого конуса менша за крилату «пташку», але чи завжди вона потрібна? До того ж на понад і гіперзвуку різниця не така велика, на малих швидкостях відмінно спрацює. парашут-крило (коли Корольов говорив свою відому тираду «Досить на ганчірках літати!», таких ще не було). У космосі ж, та й за ракетного старту, крило завжди заважає.
Знов-таки, коли перед Бураном стояло завдання спускати з орбіти 20 т, виникали питання з парашутною посадкою. Але зараз ясно, що в найближчому майбутньому таких махін, на жаль, не знадобиться.
Аеродинамічні дослідження маневруючих БГ разом із напрацюваннями по «глушколету» та марсіанському кораблю і лежали в основі двох проектів, про які було оголошено в середині 1990-х.
3,5-тонний корабель повинен був запускатися «Циклоном» або легким носієм «Квант», який тоді проектувався в «Енергії». Напівторатонний ВА повиненбув повертати на землю 250 кг корисного вантажу. Він і був найцікавішим у проекті, обводами повністю передбачаючи апарат «Кліпера», що повертається, тільки розмірами меншими (довжина — 2,9 м, діаметр — 1,3 м). Як і аналогічні проекти НУО ім. С.А. Лавочкина і НУО машинобудування, «енергіївський» апарат залишився на папері (на Заході вміють рахувати гроші, там віддали перевагу куйбишевським «Фотонам», які вже серійно будувалися на той час), але — «розуміючому достатньо»: напрошувалося припущення, що вітчизняна наука і промисловість в силах створити ВА нової форми. Втім, 93-го «Українан» та іноземних спостерігачів хвилювало зовсім інше.
Наступний «дзвінок» пролунав 1995-го (і теж залишився поза увагою). На Московському аерокосмічному салоні Центральний аерогідродинамічний інститут ім. Н.Є. Жуковського оголосив про проект «високоманевренного повітряно-космічного апарату для обслуговування орбітальних станцій». ВМ ВКА повинен був являти собою конус із кутом розчину 13° і злегка затупленим носом. Довжина його передбачалася 15—20 м-коду, стартова маса —13 т, екіпаж — п'ять осіб, посадка — на парашуті-крилі. Очевидно, реально ЦАГІ міг запропонувати лише концепцію апарату та дані продувок — але, отже, останні вже були!
Тому вигляд «Кліпера» несподіванкою не став, машина цілком впізнавана і реальна. «Енергії» (звичайно, з відповідною кооперацією) навіть після десятиліття розвалу цілком під силу створити новий пілотований корабель. Яким же він бачиться зараз, після чотирьох (якщо вірити офіційній заяві) років розробки та за 5—6 років до першого польоту?
«Кліпер» складається з двох відсіків — апарата, що повертається або спускається (ВА або СА) і агрегатного відсіку (може бути, його правильніше назвати орбітальним?). 9,8-тонний ВАявляє собою конус, складений з трьох частин з різними кутами розчину (найбільший - у носі, потім поменше, а до корми майже циліндр), одна з боків якого (нижня при посадці) напливами вирівняна під таку собі «лижу». Самий ніс затуплений для утворення від'єднаних стрибків ущільнення, в яких (а не від тертя про обшивку) розсіюється більшість кінетичної енергії ВА, що гальмується. Навколо цього затуплення видно вузли кріплення двигунів системи аварійного порятунку, котрі зривають корабель із ракети у разі аварії останньої.
У апараті, що повертається, два відсіки. Попереду — руховий, у якому встановлено ракетні двигуни системи орієнтації та управління спуском та баки з паливом для них, за ним відсік екіпажу. Його обсяг — 20 м3 проти 3,85 м3 у «Союзу». У ньому, у кріслах, розміщуються шість космонавтів. Штатний екіпаж, необхідний управління «Кліпером», — дві людини, тобто. четверо можуть бути пасажирами (наприклад, що сьогодні важливо, — туристами). Крісла, швидше за все, можуть відкидатися назад для кращого перенесення перевантажень при посадці. У цьому ж відсіку розташовуються 500 кг вантажу, що доставляється на орбітальну станцію або повертається на Землю.
Теплозахист буде використовуватися «буранівський», звідти ж, швидше за все, запозичать і конструктивну схему: герметична «бочка» кабіни екіпажу вставляється в негерметичний корпус, оптимальний з точки зору аеродинаміки.
Чого поки не зрозуміло — де розміщуватимуться двигуни м'якої посадки і як буде влаштовано посадкові опори. Перших може і не бути, але тоді потрібні вже повноцінні колісні або, хоча б, лижні шасі, розраховані на посадку з досить великою (більше 10 м/с) горизонтальною швидкістю.
Люк у задній стінці ВА пов'язує його з агрегатнимвідсіком масою близько 4,5 т. Він виконує функції як агрегатного відсіку "Союзу" (в ньому розташовані двигуни орбітального маневрування, паливо для них, система електроживлення і т.д.), так і орбітального відсіку того ж корабля. Корма «Кліпера» таки утворена переднім днищем орбітального відсіку «Союзу» зі стикувальним вузлом та необхідними для стикування антенами. Ставити вузол стику прямо на ВА небажано, так як можливі зіткнення. Крім того, за аналогією з тим же «Союзом», житла частина агрегатного відсіку, мабуть, буде використовуватися і як шлюзова камера для виходу у відкритий космос. Для цього, а також для посадки космонавтів у корабель на старті, в агрегатному відсіку має бути ще один люк, десь збоку. Крім того, в агрегатному відсіку на орбітальну станцію можна привезти ще 200 кг вантажу.
Окремого герметичного відсіку приладів у «Кліпера», швидше за все, не буде. Справді, той же приладовий або радіотехнічний блок, який за часів створення «Союзу» займав кілька ящиків, кожну з яких важко піднімала людина, що з'єднується броньованими кабелями сантиметрової товщини, сьогодні може мати розміри від наручного годинника до книги кишенькового формату і споживати в десятки разів менше за енергію. Крім того, розміщення більшості приладів у відсіку екіпажу дозволяє контролювати їх стан за тривалого перебування біля орбітальної станції, що на «Союзі» можливе не завжди.
Загалом заявлено, що бортова апаратура запозичена у «Бурана». Мабуть, виконана вона, все ж таки, на більш досконалій, ніж 15 років тому, елементній базі.
Окрім транспортних рейсів до орбітальної станції, «Кліпер» може виконувати й самостійні польоти тривалістю до 10 діб (щоправда, невідомо, з яким екіпажем).
Для запуску нового корабля РКК "Енергія" пропонує використовувати ракетоносій "Онега", що це таке? Ми вже писали (ТМ № 6 за 2003 р.) про носія «Аврора» — глибоку модернізацію уславленої «сімки». Від ракети-ветерана залишаються тільки бічні блоки — «морквини», на центральний блок ставиться двигун НК-31 тягою не 98, а 150 т, відповідно збільшується об'єм баків і маса палива 2-го та 3-го ступенів, і вантажопідйомність зростає з 7 до 11 т. На центральний блок «Онеги» передбачається поставити ще потужніший РД-191 тягою 200 т (відповідно, додавши палива), а на 3-му ступені використовувати замість гасу рідкий водень — при цьому вантажопідйомність має підвищитися до 14,5 т. .
Зрозуміло прагнення підприємства будувати як корабель, а й носій йому. Однак, оскільки «Онега», як і «Аврора», поки що є комерційною ініціативою «Енергії», варто, мабуть, розглянути можливість запуску «Кліпера» носіями «Ангара-3 та -5», «Протон», а можливо — та «Зенітом».
Необхідно наголосити, що, зберігаючи основні принципи, у наступні 5 років корабель, звичайно, зміниться, і зовні, і ще більше – внутрішньо. Але загалом якихось непереборних ТЕХНІЧНИХ перешкод перед «Кліпером» не варто — лише ОРГАНІЗАЦІЙНО-ЕКОНОМІЧНІ.