Поэтапный план работ над ВОС "Спираль".

В связи с большой сложностью программы "Спираль" проектом предусматривалась поэтапная отработка всей системы:

     1 этап.
 Создание пилотируемого самолета-аналога (индекс изделия "50-11") весом около 11,85 т, включая запас топлива 7,45 т, с двумя ракетными двигателями, стартующего с самолета-носителя Ту-95. Самолет-аналог не имеет массо-габаритного и приборного сходства с ОС. Цель испытаний - отработка аэродинамики аппарата, органов газодинамического управления, режимов работы топливной системы на компонентах АТ+НДМГ, оценка тепловых режимов в условиях, близких к космическому полету (максимальная высота полета 120 км, максимальная скорость полета соответствует М=6-8) и входу в атмосферу. На самолете-аналоге должны были быть отработаны привод на аэродром и посадка. Планировалось изготовить и испытать 3 самолета-аналога. По плану, полет на дозвуковой скорости и посадка - 1967 г., полет на сверхзвуке и гиперзвуке - 1968 г. Стоимость работ - 18 млн.рублей. Этот этап по сути являлся аналогом американского проекта Х-15 и не был реализован в металле.

     2 этап.
 Создание одноместного экспериментального пилотируемого орбитального самолета (ЭПОС, индекс изделия "50") - прототипа боевого варианта - весом 6800 кг для натурной отработки конструкции и летного подтверждения характеристик основных бортовых систем. Запуск - с помощью ракеты-носителя 11А511 ("Союз") с выводом на орбиту высотой 150-160 км и наклонением 51⁰, где аппарат совершает 2-3 витка с совершением на орбите газодинамического маневра (топливо АТ+НДМГ) для изменения плоскости орбиты до 8⁰, а затем выполняет спуск и посадку, как полноразмерный ОС . Предусматривалось полное внешнее, системное и конструктивное (по конструкционным и теплоизоляционным материалам) сходство с боевым ОС. Планировалось изготовить и запустить 4 самолета в беспилотном (1969 г.) и пилотируемом (1970 г.) вариантах. Стоимость работ - 65 млн.рублей.

     3 этап.
 Создание гиперзвукового самолета-разгонщика (ГСР). Для ускорения работ планировалось создать и испытать сначала полноразмерный ГСР с двигателями, работающими на керосине (летные испытания 4 самолетов, с достижением М=4 - в 1970 г., стоимость работ 140 млн.рублей). После накопления данных по аэродинамике и эксплуатации самолета на гиперзвуковой скорости планировался переход ГСР на водородное топливо, для чего необходимо было изготовить и испытать 4 самолета. Летные испытания ГСР на водороде - 1972 г., стоимость работ - 230 млн.рублей.

     4 этап.
 Испытание полностью укомплектованной системы, состоящей из ГСР и ОС с ракетным ускорителем (двигатели ГСР работают на керосине) - 1972 г. Так как возможности подобной системы ограничены; то по всей видимости, ОС данного варианта - беспилотный. После всесторонней отработки и проверки всех систем, в 1973 г. планировалось проведение летных испытаний полностью укомплектованной системы с двигателями, работающими на водороде, и пилотируемым ОС. Дальнейшие работы должны были быть связаны с переходом на жидкий фтор (!), используемый в качестве окислителя на ракетном ускорителе и ОС, и развертывание работ по созданию вместо ракетного ускорителя эффективной многоразовой второй ступени, оснащенной гиперзвуковым прямоточным двигателем (ГПВРД).
 

А теперь расскажем подробнее о некоторых этапах.

Суборбитальный пилотируемый самолет-аналог "50-11" первого этапа.

Для отработки посадки, бортовых систем, аэродинамики, газодинамического управления и всех систем управления самолетом, а также для тренировки летного состава предполагалась разработка аналога орбитального самолета, точно повторяющего форму его форму. Такой аналог, сбрасываемый с самолета-носителя Ту-95КМ, с помощью собственных двигателей должен был продолжить полет и позволить отработать условия посадки и полетов до М=6-8 и Н=50-120 км.
Так как скорость полета в верхних слоях атмосферы у аналога была в несколько раз меньше орбитальной, то, учитывая щадящие температурные условия, его планировалось построить из обычных конструкционных материалов (стальные, титановые и алюминиевые сплавы).
По проекту аналог оснащался силовой установкой, состоящей из двух серийных ЖРД разработки ОКБ-117 с тягой по 11,75 тс каждый (расход топлива 81,8 кг/сек, удельный импульс 319 сек) и одним ТРД "36-35" ОКБ-36 со стендовой тягой 2500 кг и уже существующим оборудованием (на первых экземплярах). ЖРД располагались с углом полуразвала 11º40" в горизонтальной плоскости таким образом, чтобы вектора их тяг проходили через центр масс аппарата.

Использование освоенных в производстве агрегатов должно было значительно снизить стоимость и сроки отработки экспериментального орбитального самолета. В дальнейшем планировалось установить на аналог разработанные в ОКБ-2 МАП ускорители, позволяющие довести его скорость до М=12-13, и ряд штатных систем ЭПОСа.
Схема подвески аналога под самолетом-носителем соответствовала подвеске принятой на вооружение крылатой ракеты Х-20, поэтому доработка Ту-95КМ также не требовалась.

Планировавшийся профиль полета выглядел следующим образом. После совместного взлета самолет-носитель Ту-95 в течение часа поднимает аналог на высоту 11-12 км, где на скорости 830 км/час происходит его сброс.
Угол установки V подвижных консолей крыла в начале полета составляет ψ=20º...35º (соответственно 70º...55º от горизонтальной плоскости). Включив собственные маршевые ЖРД (под запас топлива 7,15 т использованы все свободные внутренние объемы планера), самолет-аналог через 81 секунду разгоняется до скорости 8000 км/час. Активный участок разгона заканчивается на высоте 48-50 км. К этому моменту два ЖРД успевают сжечь 6625 кг топлива.
В ходе дальнейшего полета, проходящего по инерции, аналог достигает максимальной высоты 120 км, имея в этот момент скорость 6800 км/час (М=7,5). В восходящей точке своей траектории аппарат может выполнять маневры с помощью двух ЖРД суммарной тягой 1,5 т и двигателей ориентации (системы газодинамического управления).
Вход в атмосферу происходит на скорости 7250 км/час, максимальная перегрузка на этапе спуска достигает 5,3 g. Максимальное качество аппарата на гиперзвуковых скоростях 1,4, балансировочное 1,0. В наиболее теплонапряженных местах обшивка успевает нагреться до 890ºС.
После возвращения в плотные слои атмосферы при уменьшении скорости полета до М=2,5 консоли крыла раскладываются в положение ψ=60º, и в диапазоне высот 5-10 км включается ТРД тягой 2,5 т, который при запасе топлива 300 кг может обеспечить дальность полета до 90 км при крейсерской скорости 400 км/час на высоте 500-2000 м. Имея максимальное дозвуковое качество 4,5, аналог осуществляет переход на крейсерский режим полета с углом наклона траектории планирования 12º и вертикальной скоростью около 18 м/сек. Посадочная глиссада имеет наклон 18º, (т.к. качество из-за выпущенного шасси уменьшается до 4), посадочная скорость 250 км/час. При посадочной массе аппарата 4,4 т длина пробега составляет около 1000-1100 м.

Программа создания суборбитального пилотируемого аналога "50-11" так и не была реализована в задуманных объемах, но проработанные конструкторские решения по сбросу с самолета-носителя Ту-95КМ были востребованы при постройке и испытаниях дозвукового аналога "105.11".
 

Первые полеты в космос ЭПОСа (изделия "50") на втором этапе

Стыковка ЭПОСА с ракетой 11А511 прорабатывалась совместно с ОКБ-1 и его Куйбышевским филиалом. Был произведен расчет динамики вывода самолета на орбиту и определены выводимый вес самолета (6800 кг) и возможная высота орбиты (до 150 км). При этом для уменьшения возмущающих аэродинамических моментов, действующих на ракету, самолет при выводе на орбиту должен быть оснащен коническим обтекателем, сбрасываемым после отделения первой ступени ракеты. В этом случае никаких существенных доработок по прочности и системе управления ракетой не требовалось. Доработке подлежали только стартовые и подъемные устройства с созданием наземных контрольно-проверочных и обслуживающих орбитальный самолет устройств.

В первых полетах ЭПОС должен был проверить принципиальную осуществимость газодинамического маневра по изменению плоскости орбиты. Этот маневр должен был стать штатным элементом программы полета боевых орбитальных самолетов в ударном и разведывательном вариантах для обеспечения возможности повторного прохода над целью. Располагаемое количество топлива для выполнения маневра составляло 2000 кг из-за ограничения веса самолета, выводимого на орбиту с помощью ракеты 11А511. Его хватало на 7 минут работы маршевого ЖРД и поворот плоскости орбиты только на 8º. Тем не менее, успех этой операции на ЭПОСе давал бы уверенность в повороте плоскости орбиты на боевых ОС на большие (требуемые) углы.

Первый испытательный орбитальный полет должен был выглядеть следующим образом.

Сначала, после проверки бортовых систем ЭПОСА в Монтажно-испытательном корпусе на площадке N2 Байконура производится заправка ЭПОСА высококипящими компонентами топлива, затем осуществляется стыковка с РН "Союз" (11А511). Для этого консоли крыла складываются в стартовое положение ("шалашиком на спине"), и после накатки головного обтекателя ракета с космическим аппаратом общей высотой около 37 м (10 м из которых приходится на находящиеся под обтекателем ЭПОС и силовую ферму крепления к РН) вывозится на старт, где проводятся заключительные операции (комплексные проверки, заправка РН, посадка пилота-космонавта в аппарат, набор предстартовой готовности и т.д.), знакомые нам по пускам других "Союзов".

Запуск происходит ранним утром (с 6.00 до 9.00 ДМВ - декретному московскому времени) в течение двух-трех часового стартового окна для обеспечения посадки на выбранные аэродромы на территории СССР в светлое время суток. На активном участке полета РН на обтекатель воздействует максимальный скоростной напор 3600 кг/м², летчик-космонавт испытывает максимальную перегрузку 4,4g.

Ракета выводит ЭПОС весом 7 т на низкую рабочую орбиту высотой 130 км, наклонением 51º и периодом обращения около полутора часов. Затем аппарат сбрасывает 200-килограмовую соединительную ферму и начинает получасовые проверки бортовых систем, во время которых наземный ЦУП анализирует поступающую с борта телеметрическую информацию, после чего начинается подготовка маневра по повороту плоскости орбиты - проверяются двигатели ориентации (ГДУ), ЭПОС стабилизируется для выдачи импульса. В начале второго витка, в зоне слежения наземных командных пунктов включается маршевый ЖРД, и через 7 минут, "облегчившись" почти на 2 т, аппарат выходит на новую орбиту наклонением 58º45'. На втором витке продолжаются испытания бортовых систем, т.е. выполнение программы полета по "мирному освоению космоса", затем начинается подготовка к посадке. Консоли крыла занимают положение для входа в атмосферу (V=60º), ЭПОС ориентируется двигателями вперед, и над Индийским океаном (примерно в точке с координатами 20º ю.ш., 50º в.д., на расстоянии около 14000 км до аэродрома посадки) включением аварийных ЖРД (с целью их проверки) выдается тормозной импульс для схода с орбиты. Пилот-космонавт производит слив остатков топлива за борт и ориентирует аппарат под требуемым углом атаки для входа в атмосферу со скоростью М=25. Гиперзвуковое маневрирование в атмосфере при используемом среднем аэродинамическом качестве 0,9 (при угле атаки 45º) может обеспечить зону посадок плюс/минус 1100 км в любую сторону от плоскости орбиты за счет совершения бокового маневра и до 4000 км в плоскости орбиты. Прохождение участка максимальных тепловых потоков осуществляется с использованием изменения угла крена в пределах от 0º до 60º, что обеспечивает необходимую продольную и боковую дальность и вывод в заданный район посадки. Маневрирование по крену существенно упрощает схему управления и снижает до минимума затраты топлива на газодинамическое управление при спуске. Максимальные перегрузки, испытываемые летчиком на участке спуска, не превышают -1,4 g по оси X (в направлении "грудь-спина") и +1,4 g по оси Y ("голова-ноги"). После снижения скорости до М=10 происходит программное раскладывание консолей до 45º. Следующая окончательная раскладка консолей в максимальное положение (V=30º) происходит на скорости М=2,5.

На расстоянии 60 км до аэродрома запускается ТРД, развивающий тягу 1000 кгс на скорости М=0,35, и с высоты 2000 м начинается участок планирования, на котором самолет осуществляет предпосадочное маневрирование (с максимальной перегрузкой на вираже n_y=1,5g) со скоростью около 400 км/час, снижаясь с вертикальной скоростью 18 м/сек по траектории с углом наклона 12º. С высоты 500 м производится заход на посадку. Выпускаемое шасси уменьшает аэродинамическое качество с 4,5 до 4, при посадочном весе 4,5 т самолет выдерживает посадочный угол 14º, касаясь посадочной полосы на скорости 225-250 км/час. Длина пробега еще раскаленного аппарата по грунтовой полосе составляет 1000-1700 м. В конце полосы самолет уже ждут на почтительном расстоянии (все-таки остатки токсичного топлива!) встречающие, да и самолет только что вернулся из плазменной печи, нужно дать ему время остыть...

А может быть, посадочная команда, одетая в костюмы химической защиты, быстро разворачивает наземные средства охлаждения корпуса и вентиляции внутренних отсеков? В любом случае это заканчивается выходом устало улыбающегося летчика-космонавта, поздравлениями и объятиями на N-ском аэродроме в западной части СССР... Именно первого в нашей стране настоящего летчика-космонавта, реализовавшего оба этих термина в одном полете... (не умаляя заслуг наших космонавтов сказем, что немногочисленные счастливцы, слетавшие в космос на американском шаттле, были там только пассажирами)

Этого не было... Но это могло бы быть! Такой полет мог реально состояться в начале 70-х годов! Ведь много позднее, уже в наши дни, когда отшумели все эмоции по поводу закрытия программы "Спираль", один из конструкторов в беседе с web-мастером сказал: "С ГСР это был еще, конечно, вопрос, а вот с орбитальным кораблем - ЭПОСом - вопросов нет, его реально можно было построить, и он бы сейчас летал..."

Добавим от себя - только наверно, все-таки с кварцевой плиточной теплозащитой.

На рисунке орбитального самолета на РН "Союз" (11А511), взятом из аванпроекта "Спирали" и приведенного выше-слева, любой специалист увидит принципиальную ошибку - изображена двухступенчатая ракета, принципиально не способная вывести на орбиту груз массой 6,8 т. Для вывода орбитального самолета на орбиту требуется трехступенчатая модификация ракеты, что мы и изобразили на нашей реконструкции
 

Третий этап самый загадочный, и информация по нему крайне скудна. Но в итоге на следующем, четвертом этапе, мы должны были получить уникальную авиационно-космическую систему, знакомясь с которой и сегодня, сорок лет (!) спустя, испытываешь законную гордость и восхищение инженерным талантом и силой предвидения ее авторов.

Разве эта машина не прекрасна?!

Если вы хотите узнать гораздо больше как про уникальный проект "Спираль", ЭПОС и БОРы, так и про другие авиационно-космические системы, вам необходимо прочитать нашу книгу (см. обложку слева): В.Лукашевич, И.Афанасьев, "Космические крылья", М.:ООО "ЛенТа странствий", 2009. - 496с.:ил.  На сегодняшний день - это не только самое полное повествование о "Спирали", но и энциклопедический рассказ о десятках зарубежных проектах. Вот как об этом сказано в аннотации книги:
"Книга посвящена этапу возникновения и развития крылатых ракетно-космических систем, которые рождались на "стыке трех стихий" - авиации, ракетной техники и космонавтики, и вобрали в себя не только конструктивные особенности данных видов техники, но и весь ворох сопровождающих их технических и военно-политических проблем.
Подробно излагается история создания воздушно космических аппаратов мира - от первых самолетов с ракетными двигателями времен II Мировой войны до начала реализации программ Space Shuttle (США) и "Энергия-Буран" (СССР).
Книга, рассчитанная на широкий круг читателей, интересующихся историей авиации и космонавтики, особенностями конструкции и неожиданными поворотами судьбы первых проектов авиационно-космических систем, содержит на 496 страницах около 700 иллюстраций, значительная часть которых публикуется впервые."
Содействие в подготовке публикации оказали такие предприятия авиационно-космического комплекса России, как НПО "Молния", НПО машиностроения, ФГУП РСК "МиГ", ЛИИ имени М.М.Громова, ЦАГИ, а также музей Морского космического флота. Вступительная статья написана генералом В.Е.Гудилиным, легендарной личностью нашей космонавтики.
Получить более полное представление о книге, ее цене и возможностях приобретения можно на странице нашего интернет-магазина. Там же можно познакомиться с ее содержанием, вступительной статьей Владимира Гудилина, предисловием авторов и ее выходными данными:

На сайте вам доступны следующие материалы и статьи (заметим, что все нижеуказанные материалы сайта по своему объему составляют менее 2% соотвтествующих разделов книги "Космические крылья"):
- В.Лукашевич "Проект "Спираль" в журнале "Новости космонавтики", N4, 2000;
- В.Лукашевич "Prodecessor of Shutte and Buran. Spiral orbital aircraft programme" в журнале "Air Fleet", N4.2004 (46).
- В.Лукашевич, В.Труфакин, С.Микоян "Воздушно-орбитальная система "Спираль" в журнале "Аэрокосмическое обозрение", NN3-6/ 2005, N1/ 2006
- В.Лукашевич, В.Труфакин, С.Микоян "Спираль" в отечественной космонавтике" в журнале "Аэрокосмическое обозрение", N2/ 2006
- В.Лукашевич, В.Труфакин, С.Микоян "Воздушно-орбитальная система "Спираль" в журнале "Авиация и космонавтика", NN10-12/2006, NN1-2/ 2007
Смотри также:
Программа "Спираль": подробности (полеты ЭПОСа);
Статья "Проект Спираль" В.Лебедева "История "Бурана";
Ответы Г.Е.Лозино-Лозинского в нашем "Архиве дискуссионного клуба";
подробная творческая биография Г.Е.Лозино-Лозинского

Советский проект авиационно-космической системы "Спираль" был ответом на заокеанский вызов - программу создания космического перехватчика-разведчика-бомбардировщика X-20 "Dyna Soar", США. Этой программе в нашей книге посвящена отдельная глава, но немного материала есть и на нашем сайте

При оформлении страницы использованы иллюстрации, сгенерированные на основе 3D-модели авиационно-космической системы "Спираль", созданной Владимиром Некрасовым (ООО "Рестарт+"), и на основе 3D-модели орбитального самолета, созданной Анатолием Заком (www.russianspaceweb.com); компоновку РН "Союз" и ЭПОСа выполнил Владимир Малюх.

Web-master: ©Татьяна Лукашевич 1998-2009
E-mail: buran@buran.ru