Владимир Молодцов - Пилотируемые космические полеты

Одной из компаний, представившей свои предложения в рамках программы создания RLV, стала «Kelly Space and Technology», выступившая совместно с компанией «Воут Эйркрафт Индастриз». Аппарат «Eclipse Astroliner»этой компании был заявлен для участия в «Х-призе». Однако его возможности гораздо больше, чем просто катать по баллистической траектории пассажиров. Своей формой он чем-то напоминает экспериментальный крылатый аппарат НАСА Х34. Однако стартует он не изпод крыла самолета-носителя, а по планерному. То есть взлет осуществляется на буксире, который тянет за собой самолет «Боинг747». После отделения от самолета-носителя на высоте 6 км аппарат с помощью своих двигателей, в качестве которых предполагается использовать НК33 или РД180, разгоняется до скорости 2,7 км/с. На высоте 120 км открываются носовые створки грузового отсека и из него выталкивается разгонная ступень с полезным грузом, который своим ходом доставляется на орбиту. Крылатая разгонная ступень, пилотируемая экипажем, входит в плотные слои атмосферы и совершает посадку на аэродром. Понятно, что, имея такие возможности по выведению спутников, нетрудно просто катать пассажиров до высоты 100 км.

Нечто похожее предложила компания «Pioneer Rocketplane, Inc». Только ее крылатый аппарат «Патфайндер»с экипажем из двух человек самостоятельно с помощью двух турбореактивных двигателей взлетает с аэродрома с пустым баком окислителя. На высоте 6 км он встречается с самолетом-заправщиком, от которого ему перекачивается окислитель (жидкий кислород). Затем «Патфайндер», используя двигатель РД120, разгоняется до скорости М=15 и высоты 140 км, где происходит отделение спутника с разгонной ступенью. То есть с этого момента схема полета аналогична предыдущему аппарату.

Однако контракт стоимостью 135 миллионов долларов на продолжение работ в рамках программ «Инициатива по космическим запускам» и RLV получила в 2001 году компания «Кистлер Аэроспейс». Компания должна выполнить демонстрационный полет своего многоразового носителя К1до 2003 года, в противном случае контракт будет аннулирован. Как уже говорилось выше, этот многоразовый носитель стартовой массой 342 тонны, спроектированный по классической схеме, использует три двигателя НК33 на первой ступени и один двигатель НК43 на второй ступени. После выработки топлива и входа в атмосферу ступени опускаются на парашютах. Мягкую посадку обеспечивают надувные подушки. Использование ракеты К1 для пилотируемых запусков не предусмотрено.

В этой главе описана лишь небольшая часть проектов пилотируемых многоразовых космических транспортных систем, а ведь есть еще и беспилотные. И с каждым годом их все больше и больше. Появились сообщения в печати о работах над проектами многоразовых кораблей в Индии и Китае. В частности, в Индии разработан проект многоразового космического корабля, получившего название «Аватар». Предполагаемые области его применения – вывод на орбиту спутников и дешевые туристические полеты в космос. Уникальной особенностью «Аватара» является его возможность выделять из воздуха кислород для своего функционирования прямо в полете. Полный вес аппарата составляет 25 тонн, 60 процентов, из которых как раз и будут заняты топливом. Максимальная высота полета – 100км при полезной нагрузке до 1 тонны. С обыкновенным самолетом роднит «Аватара» его горизонтальный способ взлета и посадки. Аппарат снабжен комбинированной двигательной установкой и рассчитан на 100 полетов.

С одной стороны в появлении подобных проектов нет ничего удивительного. Ширится экспансия человечества в космосе, и многоразовые транспортные системы будут в значительной мере способствовать этому. Но с другой стороны, от идеи до ее воплощения в жизнь длинный путь, и не всем удается пройти его до конца. Именно поэтому здесь не рассматривались экзотические проекты. Но все же об одном из них следует рассказать.

Государственным научно-исследовательским предприятием гиперзвуковых систем в Санкт-Петербурге Холдинговой компании «Ленинец», которое возглавляет Владимир Фрайштадт, был разработан уникальный проект одноступенчатого многоцелевого воздушно-космического самолета. Этот аппарат был поначалу назван «АЯКС»,а впоследствии – «Нева».Первоначально «Аякс» создавался как ответ на американские планы создания гиперзвукового разведчика «Аврора», позднее он «конверсируется» в гиперзвуковой самолет глобальной дальности или первую ступень для вывода полезной нагрузки на орбиту.

Согласно концепции Фрайштадта гиперзвуковой летательный аппарат является открытой неизолированной аэротермодинамической системой, в которой на всех этапах атмосферного полета часть кинетической энергии обтекающего конструкцию гиперзвукового потока ассимилируется бортовыми подсистемами, повышая общий энергоресурс летящего объекта и преобразуясь в химическую и электрическую энергию.

При полете в атмосфере конструкция гиперзвукового летательного аппарата нагревается до высоких температур. Но при этом, впервые в истории воздушно-космических транспортных средств было предложено не защищать ГЛА от проникновения внешней энергии, а активно “впускать” ее внутрь и использовать для повышения энергоресурса системы.

«АЯКС» состоит как бы из двух вложенных один в другой корпусов, между которыми – специальная подсистема химической регенерации тепла, куда поступает поток традиционного авиакеросина. Когда аппарат движется в атмосфере с гиперзвуковой скоростью, часть кинетической энергии воздушного потока, идущая на нагрев его поверхности, используется для термохимического разложения топлива. В результате разложения керосина образуется свободный водород, в смеси с тем же керосином он образует высокоэффективное углеводородное топливо.

Эта водородосодержащая смесь поступает в магнитоплазмохимический двигатель. Двигательная установка состоит из воздухозаборника с предионизатором гиперзвукового воздушного потока, МГД-генератора, гиперзвукового ПВРД, камеры сгорания (и, в ряде случаев, МГД-ускорителя), а также сопла. ДУ этого типа позволяет реализовать принцип магнитоплазмохимического двигателя (МПХД), в корне отличающегося от ПВРД со сверхзвуковым горением. Структура течения в тракте ДУ может регулироваться за счет МГД-воздействия на набегающий воздушный поток вплоть до первой космической скорости. Для управления обтеканием поверхности ГЛА предполагается применение направленного излучения бортового лазера и внешнего электромагнитного поля летательного аппарата на пограничный слой и скачки уплотнения ударных волн. Кроме того, торможение воздушного потока в МГД-генераторе сопровождается генерацией электроэнергии мощностью порядка 100 мегаватт, накапливаемой за время полета в атмосфере на борту самолета.