Владимир Молодцов - Пилотируемые космические полеты

Как-то постепенно мы уехали в Западную Европу. Но вернемся обратно в Америку. Широкомасштабные исследования по выбору схемы МТКС провела в 1964-1967 годах американская компания «Дженерал Дайнэмикс». В качестве исходной предпосылки была взята масса выводимого на орбиту высотой 555 км полезного груза 18 тонн. В общей сложности было рассмотрено 8 различных схем. Все они имели почти одинаковые вторые ступени многократного применения массой 215 тонн и идентичные условия разделения ступеней на высоте 60 км при скорости М=8. Орбитальная ступень была выполнена по схеме «несущий корпус» и оснащена кислородно-водородным ЖРД с центральным телом типа «Аэроспайк». Масса аппарата на орбите составляет 55 тонн, а при посадке – 37 тонн.

Проекты же различались в основном по типу старта и конструкции первой ступени:

Вертикальный старт с помощью ЖРД; последовательное расположение ступеней; крылатая первая ступень с последующей посадкой на аэродроме.

Горизонтальный старт с помощью ракетной тележки (V=740км/час); последующий разгон с помощью ЖРД первой ступени; параллельное расположение ступеней; крылатая первая ступень.

Горизонтальный старт с взлетной полосы с помощью ЖРД первой ступени; параллельное расположение ступеней; крылатая первая ступень.

Горизонтальный старт с взлетной полосы с помощью ТРД и ГПВРД первой ступени; параллельное расположение ступеней; крылатая первая ступень.

Горизонтальный старт с взлетной полосы с помощью ТРД и ГПВРД первой ступени; последующий доразгон до скорости М=6 с помощью ЖРД первой ступени; параллельное расположение ступеней; крылатая первая ступень.

Горизонтальный старт с взлетной полосы с помощью ТРД и ГПВРД первой ступени и разгон до скорости М=6; последующий доразгон с помощью ЖРД первой ступени до скорости 2,9 км/с; параллельное расположение ступеней; крылатая первая ступень. Его отличие от предыдущего варианта в том, что при крейсерской скорости М=6 происходит накопление атмосферного кислорода для ЖРД обеих ступеней.

Горизонтальный старт с взлетной полосы с помощью ТРД и ГПВРД первой ступени и разгон до скорости 2,4 км/с; последующее довыведение орбитального аппарата с помощью ЖРД и установленного на нем ГПВРД; параллельное расположение ступеней; крылатая первая ступень.

Одноступенчатый крылатый аппарат; горизонтальный старт с взлетной полосы с помощью ТРД и ГПВРД с пустыми баками окислителя; дозаправка при скорости М=3; последующее довыведение с помощью ТРД и ЖРД.

Похожие исследования в те же сроки проводила и компания «Боинг».

В целом же, подводя итоги, многоступенчатые схемы можно было бы классифицировать следующим образом:

• одноразовая разгонная ступень вертикального старта и многоразовый орбитальный самолет;

• многоразовые разгонная и орбитальная ступени горизонтального взлета и горизонтальной посадки;

• многоразовые разгонная и орбитальная ступени вертикального взлета и вертикальной посадки;

• многоразовые разгонная и орбитальная ступени вертикального взлета и горизонтальной посадки.

Хотя ни один из проектов 60-х годов не был доведен даже до стадии детального проекта, однако рассмотрение этих проектов выявило положительные и отрицательные моменты предложенных схем.

Транспортная система с одноразовой разгонной ступенью (к таковым относятся уже известный ракетоплан «Дайна-Сор», легкий космический самолет В. Н. Челомея и французский «Гермес») требует сравнительно небольших затрат для ее создания, ведь разрабатывать нужно лишь небольшой ВКС. Для его выведения можно использовать уже существующие ракеты-носители. Но именно это значительно увеличивает эксплуатационные расходы, поскольку дорогая ракета-носитель используется только один раз.

Системы горизонтального старта и горизонтальной посадки полностью многоразовые, а потому эксплуатационные расходы достаточно низки. К числу таких систем относятся проекты фирм «Дассо», «Бристоль Сиддли», SNECMA и ERNO, многие проекты компании «Дженерал Дайнэмикс», а также проект Центра имени Маршалла. Однако стоимость разработки двух абсолютно разных крылатых ступеней очень велика. К тому же для снижения нагрузки на шасси первой ступени необходимо было использовать разгонную тележку, да и большие размеры крыльев этой ступени сводили на нет выигрыш в полезной нагрузке от использования подъемной силы крыльев. Условия же полета разгонной ступени требовали наличия комбинированной двигательной установки, состоящей из воздушно-реактивных, гиперзвуковых прямоточных и жидкостных ракетных двигателей, а это еще больше увеличивало стоимость разработки и сроков создания. Так по оценкам специалистов, если для создания полностью многоразовой крылатой МТКС с ЖРД требуется 10 лет, то применение ГПВРД увеличивает этот срок до 18 лет.

Попыткой уйти от сложностей предыдущей схемы явились проекты транспортных космических систем с вертикальным стартом, баллистическим спуском и вертикальной посадкой. В них предполагалось использовать двигательную установку с центральным телом. Наиболее известными стали проекты «Пегас» и «Ромбус» компании «Дуглас», проект «Нексус», немецкий проект «Бета» западногерманской компании «Мессершмидт-Бёлков-Блом» (МВВ), а также проект компании «Крайслер». Однако проблемы повторного включения ЖРД после аэродинамического торможения при входе в атмосферу оказались достаточно серьезными. Только в 1993 году в США был создан экспериментальный аппарат вертикального взлета и посадки DCX(«Дельта Клиппер»), но и он поднимался на высоту всего нескольких километров.

Гораздо более близкими к реальному воплощению оказались системы с вертикальным стартом и горизонтальной посадкой. В них соединялись ракетный старт, отработанный на одноразовых носителях, и самолетная посадка на аэродром. Не случайно, что проектов этой схемы оказалось больше всего. Это и проект «Астро» компании «Дуглас», и «Астророкет» компании «Мартин», и «Мустард» компании «Бритиш эйркрафт», и «Траймес» компании «Конвэр», и многие другие.

Конечно, и здесь была нерешенная проблема, а именно: возвращение крылатой ступени из космоса. Но эта проблема была общей для всех схем воздушно-космического самолета, и ее решению было посвящено создание экспериментального ракетоплана Х15 и исследования по проекту. Для решения вопросов, связанных с входом воздушно-космических аппаратов в атмосферу, в США был создан целый ряд летательных аппаратов с несущим корпусом, обладающим подъемной силой. Причем такими аппаратами занималось как НАСА, так и Министерство обороны США. Министр обороны США Роберт Макнамара практически сразу же после закрытия программы «Дайна-Сор» в 1963 году инициировал работы по новой программе исследований START(Spacecraft and Advanced Reentry Test), проводимых ВВС США. А в августе 1964 года ВВС США объявили о начале программы START. Основная задача этой программы заключалась в исследовании проблемы входа в плотные слои атмосферы космических аппаратов, использующих подъемную силу.