Джулиан Гатри - Как построить космический корабль. О команде авантюристов, гонках на выживание и наступлении эры частного освоения космоса

Пенопластовые модели были лишь концептами, но они позволяли определять перспективные направления работы. В первую очередь Берт старался определить, как конструкции ведут себя в диапазоне дозвуковых скоростей. Как и каракули на салфетках, модели были неотъемлемой частью его рабочего процесса. Прежде чем приступать к компьютерному тестированию, для каждого нового типа самолета Берт чертил, проектировал и прорабатывал в уме сотни деталей. И не было никаких прозрений, озарений, «эврик»: только итерация за итерацией, слой за слоем. Обязательно учитывались эстетические аспекты. Если крыло достигало целевых характеристик, оно всегда оказывалось красивым. Если он ставил на крылья законцовки, похожие на плавники акулы, это должно было улучшить аэродинамические характеристики ЛА. То, что они прекрасно смотрелись, было неожиданным дополнительным преимуществом. Над каждым проектом он работал до тех пор, пока не начинал нутром чуять, что вот теперь все правильно. Получив такой «сигнал из нутра», он начинал спешить.

Но еще раньше Берт начинал «прозванивать» новый проект космического корабля на предмет симпатий и антипатий. По его мнению, самой впечатляющей из реализованных на тот момент систем пилотируемых запусков был лунный модуль компании Northrop Grumman, разработанный менее чем через четыре года после первого в мире пилотируемого космического полета и затем испытывавшийся еще три года. Он спустился с орбиты, сел на Луне, взлетел с нее, а затем снова поднялся на лунную орбиту. Самым впечатляющим самолетом был разведывательный SR-71 “Блэкберд” компании Lockheed, способный развивать скорость до 3 М и разработанный всего через полтора десятилетия после того, как мир в целом отказался от медленных самолетов с поршневыми двигателями. В понимании Берта, небольшие улучшения в конструкциях не представляли интереса. Ему нужно было «найти выход из положения».

Берту не нравилась идея спуска на парашютах, и он не мог представить себе космических туристов, желающих сидеть внутри капсулы, которая опускается на Землю на парашюте и садится в океан. Несмотря на то что на первоначальных эскизах он рисовал ракету и капсулу, подобную той, которая 40 лет назад берегла Алана Шепарда в течение 15-минутного суборбитального полета, Берт хотел, чтобы его пилоты летали и садились на самолетах. Удивительно, но в истории США было всего четыре пилотируемых суборбитальных космических полета, когда астронавт или пилот поднимались на высоту больше 100 км: в 1961 году Алан Шепард и Гас Гриссом взлетели на «Меркьюри-Редстоунах» и в 1963-м Джо Уокер на X-15. Черный, цвета орудийной бронзы, X-15, построенный для проверки возможности выполнения пилотируемого суборбитального полета, побил рекорды скорости и высоты. Ракетоплан X-15 сначала поднимался под крылом модифицированного B-52, потом, отделившись от В-52, взлетал вверх как ракета, а затем возвращался на Землю как планер, без помощи двигателя. Берт работал на базе Эдвардс в 1960-х, когда поднимался корабль X-15, и теперь по поводу своего космоплана он консультировался с бывшим инженером-испытателем X-15 Бобом Хоем.

При подготовке такого полета самая сложная задача – это научиться замедлять спуск (фактически – падение) корабля после достижения им апогея. Космос принципиально отличается от атмосферы, в частности тем, что здесь нет воздуха и, значит, нет никаких аэродинамических сил. Берту нужно было придумать такую конфигурацию, которая при возвращении космического корабля обеспечивала бы ему максимальное аэродинамическое сопротивление и естественную устойчивость в верхних слоях атмосферы, да еще чтобы его можно было построить быстро и дешево и чтобы он был безопаснее, чем все предшествующие аппараты. Он начал искать способы возвращения корабля, позволявшие ему входить в верхний слой атмосферы широкой частью вперед, что обеспечивало бы ему аэродинамическое сопротивление, близкое к теоретическому максимуму, который достигается при нулевой подъемной силе крыльев и максимальном поперечном сечении в направлении движения. Если не переориентировать корабль, он будет входить в атмосферу сначала носом на опасно высоких скоростях. При этом будут возникать высокие аэродинамические нагрузки (большие напряжения в некоторых элементах конструкции) и корпус ЛА будет сильно нагреваться. Берту нужно было создать такой аппарат, который мог бы подойти к атмосфере в любом положении и по любой траектории, а затем повернуться на 90° естественным образом, без участия пилота и компьютера. На X-15 для защиты от избыточного тепла при температуре 650 °C и скорости до 6,7 М использовался специальный никелевый сплав Inconel-X. На «Шаттлах» использовались тысячи индивидуально изготавливаемых плиток с высококлассным песком в качестве заполнителя. Все, что делал Берт, изготавливалось из композитных материалов и имело гораздо меньшую теплостойкость по сравнению с металлами и специальной плиткой [52] Плитки «Шаттлов» имели размер примерно 15 × 15 см. Всего использовалось около 20 000 уникальных плиток, поэтому «Шаттл» иногда называли «летающим кирпичным складом». Такая плитка вместе с боросиликатным покрытием весит меньше, чем аналогичный по размерам кусок теплоизолирующего полистирола Styrofoam, поскольку 90 % ее объема занимает воздух. Нагревание таких плиток обусловлено не трением, а конвекцией. При скорости больше 15 M ударная волна не позволяет воздуху схлопываться под брюхом «Шаттла». Тепло передается от фронта ударной волны к поверхности за счет конвекции перегретого слоя плазмы. Эти плитки обеспечивают настолько хорошую теплоизоляцию, что их можно держать за нижние углы, даже когда остальная часть нагрета докрасна. . Кроме того, его легкий корабль с высоким аэродинамическим сопротивлением будет тормозиться в атмосфере гораздо выше, чем X-15, у которого нагрузки и нагрев были значительно меньше.

Теперь, после многолетних размышлений о том, какие элементы должен включать в себя самодельный космический корабль, Берт был убежден, что он близок к тому, чтобы создать работоспособный аппарат. Чтобы сократить расходы на топливо и повысить уровень безопасности, его ракету нужно будет поднять вверх, как X-15, на самолете-носителе, подобном «Протеусу». Самолет с ракетным двигателем будет «выпадать» из нижней части корабля-носителя так же, как X-15. Это означало, что Берту необходимо было построить собственный эквивалент В-52 и собственную ракету. Тут-то и началось самое интересное. На основе множества эскизов, моделей, споров, мечтаний и строгого анализа он в итоге пришел к тому, что хвостовые балки корабля необходимо загнуть вверх еще в космосе, где аэродинамическая нагрузка на элементы конструкции отсутствует. Задача была сложной. Раскрытое оперение будет использоваться только для замедления космического корабля при входе в атмосферу. После замедления он может опуститься на любую нужную высоту, поскольку уже будет лететь медленно.