«DynaSoar» и «Спираль». Успехи и неудачи первых космопланов

Идея ракетного космоплана, способного подниматься на орбиту и возвращаться на Землю подобно самолету, появилась несколько десятилетий назад. Со временем ее развитие привело к т.н. орбитальным самолетам, в том числе нашедшим практическое применение. Однако до определенного времени работы в этой сфере не могли дать желаемые результаты. Ведущие страны мира разработали несколько проектов космопланов, но они не продвинулись дальше испытаний опытной техники.

Необходимо отметить, что все ранние разработки СССР и США в области космопланов, хотя и не привели к появлению и эксплуатации принципиально новой техники, все же не были бесполезными. С их помощью специалисты большого числа научных и проектных учреждений смогли получить необходимый опыт, провести ряд исследований и экспериментов, а также определить дальнейшие пути развития космической техники. На основе новых технологий и наработок вскоре были созданы реальные образцы космопланов с желаемыми характеристиками.


X-20 DynaSoar

Первым полноценным проектом космоплана, имевшим шансы дойти до испытательных полетов, считается американский X-20 DynaSoar. Работы по этой программе стартовали осенью 1957 года – буквально через несколько дней после запуска первого искусственного спутника Земли, выполненного в СССР. Военное и политическое руководство, а также главы аэрокосмической отрасли США пришли к выводу о необходимости создания своих космических систем, в том числе и пригодных для использования в военных целях.

«DynaSoar» и «Спираль». Успехи и неудачи первых космопланов
Космоплан X-20 DynoSoar на входе в атмосферу. Рисунок NASA


В середине декабря в NACA состоялась конференция, посвященная путям развития ракетно-космической техники. На ней обсуждались три основных вида космического аппарата для перевозки людей или грузов: капсула с выводом на орбиту при помощи ракеты-носителя и возвращением по баллистической траектории; орбитальный аппарат типа Lifting Body, способный выполнять некоторые маневры; а также полноценный орбитальный самолет-космоплан. По результатам обсуждений было решено развивать концепции «баллистической» капсулы и космоплана.

В конце года Командование исследовательских и конструкторских работ ВВС США запустило новую программу с шифром DynaSoar (сокращение от Dynamic Soaring – «динамическое планирование»), в рамках которой планировалось вести разработку космоплана. Началось формирование требований к будущему космическому аппарату, а также сбор заявок на участие в программе. ВВС получили в общей сложности более сотни предложений, но к программе привлекли только 10 компаний, часть которых решила работать вместе.

В начале весны 1958 года ВВС ознакомились с десятком предварительных проектов системы DynaSoar. Компании-разработчики использовали разные подходы и реализовывали разные концепции. При этом значительная часть проектов имела определенное сходство. Они предусматривали строительство гиперзвукового самолета-ракетоплана, который должен был соединяться с разгонной ракетой-носителем. Отличия состояли в конструкции самолета, составе бортовых систем и архитектуре ракеты-носителя. Наилучшими вариантами ВВС посчитали проекты от групп компаний Boeing-Vought и Bell-Martin. Именно они получили развитие.


Разделение ракеты-носителя и космоплана. Рисунок NASA


Параллельно с поиском победителей конкурса военные вели переговоры с NACA: эта организация должна была обеспечить проведение научных и практических мероприятий. Соответствующее соглашение появилось в конце осени 1958 года. После этого научно-исследовательское Агентство и компании авиационной отрасли работали вместе, под руководством ВВС. К этому времени было решено выполнять программу в несколько этапов – от проведения исследований до строительства и испытаний боевой версии космоплана.

В течение 1959 года две группы компаний вели различные научно-исследовательские работы. В этот период заказчик несколько раз менял требования к космоплану. В начале ноября ВВС выбрали победителя конкурса. Самый лучший вариант проекта предложили компании Boeing и Vought. Любопытно, что последняя к этому времени резко сократила свое участие в проекте – она отвечала только за несколько агрегатов будущего аппарата. Также к проекту привлекли компанию Martin, которой предстояло разработать требуемую ракету-носитель.

Разработка будущего опытного космоплана стартовала в самом конце 1959 года. Этот этап работ обозначили как Phase Alpha. Проработка облика космоплана с рабочим обозначением X-20 приводила к специфическим результатам. Так, конструкция изделия постоянно изменялась и все дальше отходила от базовой версии. Параллельно осуществлялась разработка графика строительства и испытаний. С определенного времени заказчик и разработчик планировали провести два десятка тестовых полетов – и это только в рамках первых фаз.


Макет аппарата X-20. Фото Boeing


К середине 1961 года участники программы определили окончательный облик будущего ракетно-космического комплекса. Помимо собственно гиперзвукового космолета в него включили специально доработанную ракету-носитель Titan IIIC. Вместо ступени с полезной нагрузкой на ней предлагалось устанавливать изделие DynaSoar. Трехступенчатая ракета могла также комплектоваться специальной четвертой ступенью. Этот агрегат должен был оставаться на космоплане, обеспечивая решение некоторых задач.

Проект X-20 предусматривал строительство космоплана средних размеров, имевшего характерный облик. Оптимальным посчитали низкорасположенное треугольное крыло, над которым находились фюзеляж с заостренным носовым обтекателем и пара боковых килей. Планер предлагалось изготавливать из теплостойких стальных сплавов и покрывать специальными керамическими панелями. Также использовался принцип охлаждения обшивки за счет внутренних радиаторов с жидкостью. Внутри фюзеляжа помещались одноместная кабина пилота, а также жидкостный ракетный двигатель и другие необходимые устройства. Длина аппарата не превышала 11 м, размах крыла – менее 6,5 м. Собственная масса – 5,16 т.

Согласно предложениям того времени, в грузоотсеке X-20 могли размещаться управляемые ракеты для атаки целей на орбите или на Земле. Кроме того, не исключалось применение свободнопадающих бомб. Насколько известно, разработка специализированных ракет «космос-космос» и «космос-земля» так и не вышла из стадии предварительных исследований.


Летчик-испытатель в кабине наземного тренажера. Фото Boeing


В сентябре 1961 года компания «Боинг» представила заказчику полноразмерный макет космоплана. Его одобрение открыло бы проекту дорогу к строительству полноценного опытного образца. Также велась подготовка к испытаниям: NASA и ВВС начали подбор пилотов для участия в будущих испытаниях. В специальную группу отобрали шестерых летчиков. Они должны были выполнить не менее девяти орбитальных полетов.

Впрочем, эти планы не были выполнены. Уже в октябре 1961-го – в связи с появлением конкурирующих космических программ – был предложен план сокращения расходов на проект X-20 DynaSoar. Этот документ предусматривал уменьшение числа тестовых полетов и упрощение полетных программ. За счет этого стоимость испытаний планировалось сократить до 920 млн долларов и завершить их к 1967 году. Любопытно, что одна из параллельных космических программ в тот же период подверглась настолько жесткой критике, что ее попросту закрыли.

Впрочем, на этом фоне поводы для радости отсутствовали. Уже в феврале следующего года программу DynaSoar перевели в категорию научно-исследовательских, причиной чего стали проблемы при разработке космоплана и ракеты для него. Кроме того, имели место затруднения с получением финансирования и организацией работ. В октябре появился новый вариант графика программы, вновь предусматривавший сокращение трат.


Макет DynaSoar и его создатели из фирмы "Боинг". Фото Boeing


В 1963 году проект DynaSoar столкнулся с новым конкурентом в виде космического корабля Gemini. Пентагон сравнил две разработки и попытался установить, какая из них представляет больший интерес с военной точки зрения. За этим последовали споры в военном ведомстве, на фоне которых появились слухи о прекращении работ по X-20. Впрочем, уже весной компания Boeing получила новый контракт на продолжение опытно-конструкторских работ. Параллельно продолжались обсуждения будущего финансирования и проведения испытаний.

20 декабря 1963 года министр обороны Роберт Макнамара распорядился прекратить работы по программу DynaSoar в пользу проекта ASSET с соответствующим перенаправлением финансирования. По имеющимся данным, на тот момент на программу DynaSoar потратили 410 млн долларов. Для выполнения первого полета требовались сопоставимые суммы и еще несколько лет работ. Однаку проекту не стали выделять необходимое время и деньги.

«Спираль»

Пока американская наука пыталась создавать космоплан, советские специалисты продолжали развитие кораблей-капсул с баллистическим спуском и весьма преуспели в этом деле. Однако всего через несколько лет в нашей стране начались работы по созданию орбитального самолета. Отечественный проект авиационно-космической системы получил название «Спираль».


Макет авиационно-космической системы "Спираль" во взлетной конфигурации. Фото Epizodsspace.airbase.ru


Известно, что одной из причин появления темы «Спираль» стала информация об американских планах по созданию космопланов, а именно о проекте DynaSoar. При этом можно отметить, что дальнейшее развитие космонавтики могло вестись разными путями, в том числе и за счет создания космопланов. Таким образом, «Спираль», хотя и создавалась с оглядкой на зарубежные образцы, может считаться полностью собственным проектом, основанным на оригинальных идеях.

Готовая концепция системы, объединяющей в себе идеи самолета-ракетоплана и космического корабля, была предложена в 1964 году 30-м ЦНИИ ВВС. Это предложение заинтересовало руководителей авиационной промышленности, и в 1965-м появилось соответствующее распоряжение. В соответствии с ним, ОКБ А.И. Микояна должно было разработать проект перспективной авиационно-космической системы с шифром «Спираль». Работы по этой теме начались в 1966 году, их возглавил конструктор Г.Е. Лозино-Лозинский.

30-й ЦНИИ выполнил значительную часть работ, что серьезно упростило задачу ОКБ Микояна. Специалисты Института сформировали архитектуру будущего комплекса, а также определили его характеристики и возможности. Благодаря этому авиаконструкторам предстояло провести только опытно-конструкторские работы. Такой подход давал определенные преимущества. Так, согласно планам середины шестидесятых годов, первый полет «Спирали» мог состояться уже в начале следующего десятилетия.


Профиль полета "Спирали". Рисунок Epizodsspace.airbase.ru


Основой системы «Спираль» являлся специальный самолет-разгонщик «50-50» характерного облика. Он должен был иметь стреловидное крыло и набор воздушно-реактивных двигателей большой тяги. На верхней части машины предусматривалась площадка для установки орбитального самолета-космоплана с разгонным блоком. Согласно базовой концепции, разгонщик должен был подниматься на высоту до 30 км и развивать скорость около М=6. Общая длина такой машины достигала 38 м при размахе крыла 16,5 м. Взлетная масса всей авиационно-космической системы – 52 т.

Полезной нагрузкой разгонщика «50-50» являлся т.н. орбитальный самолет с ракетным разгонным блоком. Космоплан предлагалось строить по схеме с несущим фюзеляжем, при которой нижняя часть машины являлась плоскостью крыла. Собственно фюзеляж имел треугольную в плане форму с изменяющимся поперечным сечением. По бокам машины имелась пара разваленных в стороны плоскостей. На фюзеляже предусмотрели киль. Планер предлагалось выполнять из термостойких сталей; обшивка получала специальное керамическое покрытие. По расчетам, на определенных этапах полета носовая часть фюзеляжа должна была прогреваться до 1600°C, что требовало соответствующей защиты.

Орбитальный самолет «50» предлагалось оснащать маршевым и рулевыми двигателями. При массе 8 т он мог нести полезную нагрузку не менее 500 кг. Рассматривалась возможность создания орбитального перехватчика и разведчика. Кроме того, существовал проект космоплана-бомбардировщика, который мог нести 2 т груза. За счет самолета-разгонщика и ракетного разгонного блока самолет «Спирали» мог бы подниматься на орбиты высотой не менее 150 км.


Орбитальный самолет "50". Рисунок Buran.ru


К концу десятилетия ОКБ Микояна завершило основную часть теоретических работ и подготовило технику для первых практических испытаний. В июле 1969 года состоялся запуск экспериментального аппарата БОР-1 («Беспилотный орбитальный ракетоплан, первый») упрощенной конструкции. Текстолитовый планер в масштабе 1:3 при помощи доработанной ракеты Р-12 вывели на суборбитальную траекторию. Изделие сгорело в атмосфере, но позволило собрать некоторые данные. В декабре того же года состоялся запуск аппарата БОР-2 с иной конструкцией и комплектацией. В полете отказали системы управления, и прототип сгорел.

С июля 1970-го по февраль 1972 года были выполнены еще три запуска прототипов БОР-2. Два завершились успехом, один – крушением. В 1973 и 1974 годах состоялись два теста изделий БОР-3 усовершенствованной конструкции. В обоих случаях имели место аварии по разным причинам. Несмотря на ряд аварий и недочетов, испытания изделий семейства БОР дали большой объем информации.

Уже после запуска проекта БОР появилось распоряжение о прекращении работ по теме «Спираль». Руководство страны решило бросить силы промышленности на другие направления. Впрочем, уже в 1974 году программу возобновили, и вскоре были получены новые результаты. Последним достижением в рамках создания авиационно-космической системы «Спираль» могут считаться самолет-аналог «105.11», а также орбитальные аппараты БОР-4 и БОР-5.


Один из прототипов БОР-3. Фото Buran.ru


«105.11» / МиГ-105 представлял собой примерную копию орбитального самолета «Спирали», но мог выполнять полеты только в атмосфере и на дозвуковой скорости. Эта машина предназначалась для отработки снижения и горизонтальной посадки космопланов. 11 октября 1976 года состоялся первый полет «105.11». Машину вывели на заданную высоту и курс при помощи самолета-носителя Ту-95. Далее макетный образец сбросили, и он, снизившись, выполнил посадку. Состоялось семь полетов, после чего испытания остановили из-за поломки прототипа.

В середине семидесятых годов появилось техническое задание на создание перспективной многоразовой космической системы – будущего комплекса «Энергия-Буран». В течение нескольких лет сторонники «Спирали» и «Бурана» спорили друг с другом и пытались отстоять свою сторону, но вскоре вопрос решили на самом высоком уровне. Было решено свернуть тему «Спираль» в пользу менее смелого, но многообещающего «Бурана». При этом целый ряд наработок ОКБ Микояна и смежных предприятий планировалось использовать в новом проекте.

В начале восьмидесятых годов в интересах проекта «Буран» состоялись несколько запусков орбитальных аппаратов БОР с номерами от «4» до «6». Их задачей была проверка теплозащиты для будущего космического самолета и решение других проблем. Все эти эксперименты поспособствовали дальнейшим работам над «Бураном». Важно, что несколько прототипов, использовавшихся в двух программах авиационно-космических систем, были сохранены и теперь находятся в музеях.

Успехи и неудачи

С конца пятидесятых годов две ведущие страны мира, развивая свои космические программы, разработали несколько смелых проектов самолетов-космопланов. Однако, по ряду причин того или иного рода, эти проекты не смогли продвинуться слишком далеко. В лучшем случае речь шла лишь об испытаниях аппаратов-аналогов.


Опытный МиГ-105 в музее ВВС. Фото Wikimedia Commons


Проект X-20 DynaSoar был закрыт в связи с многочисленными проблемами технического, организационного и иного характера, которые исходили из крайней сложности технического задания. Конструкторам и ученым удалось решить ряд важнейших вопросов, но эти решения не были проверены на практике при помощи полноценного опытного космоплана. Впрочем, множество идей и технологий, созданных для первого американского космоплана, позже нашли применение в новых проектах. Главным результатом всего этого стали комплекс Space Transportation System и его основной элемент – многоразовый корабль Space Shuttle.

История советского проекта «Спираль» и его завершение были иными. Он появился в качестве своеобразного ответа на зарубежную разработку, но при этом развивался иначе. Кроме того, он оказался более успешным: ОКБ А.И. Микояна провело необходимые испытания, в том числе с суборбитальными полетами. Главной причиной отказа от «Спирали» стало появление альтернативных предложений и проектов. При этом наработки по программе сразу нашли место в перспективных проектах, равно как и некоторые опытные изделия. Фактически один проект сразу «влился» в другой и обеспечил его развитие.

Прекрасно известно, что смелые проекты, дающие старт новым направлениям, не всегда могут дать желаемые результаты. Тем не менее, с их помощью специалисты собирают необходимые данные и получают ценнейший опыт, которые затем можно использовать при создании новых проектов. Именно это и становится главным результатом не самых удачных на первый взгляд программ. Впрочем, в случае с DynaSoar и «Спиралью» ситуация выглядит сложнее. До полноценной эксплуатации дошел лишь один вариант космоплана, созданного с использованием их опыта, – да и тот уже отправился на покой.

По материалам сайтов:
http://nasa.gov/
http://dtic.mil/
http://boeing.com/
http://astronautix.com/
http://buran.ru/
http://testpilot.ru/
http://mapsssr.ru/
http://epizodsspace.airbase.ru/
http://airwar.ru/