В соответствии с пятилетним Тематическим планом ВВС по орбитальным и гиперзвуковым самолетам практические работы по крылатой космонавтике в нашей стране в 1965 г. были поручены ОКБ-155 А.И.Микояна, где их возглавил 55-летний Главный конструктор ОКБ Глеб Евгеньевич Лозино-Лозинский. Тема по созданию двухступенчатого воздушно-орбитального самолета (в современной терминологии - авиационно-космической системы - АКС) получила индекс "Спираль". Советский Союз серьезно готовился к масштабной войне в космосе и из космоса...
Когда знакомишься с материалами по проекту "Спираль", невольно ловишь себя на мысли, что, если не обращать внимания на пожелтевшие машинописные страницы и несколько устаревшую терминологию, перед тобой не документы пятидесятилетней давности, а совершенно секретная конструкторская документация сегодняшнего дня, причем разработанная с учетом как минимум десятилетней перспективы развития авиационно-космических систем! Творческая дерзость конструкторов просто восхищает!
Так что же представлял собой этот уникальный сверхсекретный советский проект космического оружия Лозино-Лозинского?
В соответствии с требованиями заказчика конструкторы взялись за разработку многоразового двухступенчатого ВОС, состоящего из гиперзвукового самолета-разгонщика (ГСР) и военного орбитального самолета (ОС) с ракетным ускорителем. Старт системы предусматривался горизонтальный, с использованием разгонной тележки, отрыв происходил на скорости 380-400 км/ч. После набора с помощью двигателей ГСР необходимых скорости и высоты происходило отделение ОС и дальнейший разгон происходил с помощью ракетных двигателей двухступенчатого ускорителя, работающих на фторо-водородном (F2+H2) топливе.
Боевой пилотируемый одноместный ОС многоразового применения предусматривал использование в вариантах дневного фоторазведчика, радиолокационного разведчика, перехватчика космических целей или ударного самолета с ракетой класса "космос-Земля" и мог применяться для инспекции космических объектов. Вес самолета во всех вариантах составлял 8800 кг, включая 500 кг боевой нагрузки в вариантах разведчика и перехватчика и 2000 кг у ударного самолета. Диапазон опорных орбит составлял 130...150 км по высоте и 450...1350 по наклонению в северном и южном направлениях при стартах с территории СССР, причем задача полета должна была выполняться в течение 2-3 витков (третий виток посадочный). Маневренные возможности ОС с использованием бортовой ракетной двигательной установки, работающей на высокоэнергетических компонентах топлива - фтор F2 + амидол (50% N2H4 + 50% BH3N2H4), должны были обеспечивать изменение наклонения орбиты для разведчика и перехватчика на 170, для ударного самолета с ракетой на борту (и уменьшенном запасе топлива) - 70...80. Перехватчик также был способен выполнить комбинированный маневр - одновременное изменение наклона орбиты на 120 с подъемом на высоту до 1000 км.
После выполнения орбитального полета и включения тормозных двигателей ОС должен входить в атмосферу с большим углом атаки, управление на этапе спуска предусматривалось изменением крена при постоянном угле атаки. На траектории планирующего спуска в атмосфере задавалась способность совершения аэродинамического маневра по дальности 4000...6000 км с боковым отклонением плюс/минус 1100...1500 км.
В район посадки ОС должен был выводиться с выбором вектора скорости вдоль оси взлетно-посадочной полосы, что достигалось выбором программы изменения крена. Маневренность самолета позволяла обеспечить посадку в ночных и сложных метеоусловиях на один из запасных аэродромов территории Советского Союза с любого из 3-х витков. Посадка совершалась с использованием турбореактивного двигателя ("36-35" разработки ОКБ-36), на грунтовой аэродром II класса со скоростью не более 250 км/ч.
Согласно утвержденному Г.Е.Лозино-Лозинским 29 июня 1966 года аванпроекту "Спирали", ВОС с расчетной массой 115 тонн представлял собой состыкованные воедино крылатые широкофюзеляжные многоразовые аппараты горизонтального взлета-посадки - 52-тонный гиперзвуковой самолет-разгонщик (получивший индекс "50-50"), и расположенный на нем пилотируемый ОС (индекс "50") с двухступенчатым ракетным ускорителем - блоком выведения.
В основном варианте на ГСР установлены четыре воздушно-реактивных двигателя (ВРД), работающие на жидком водороде. ГСР использовался для разгона ВОС до гиперзвуковой скорости, соответствующей М=6 (около 1800 м/сек), затем на высоте 28...30 км происходило разделение ступеней, после чего ГСР возвращался на аэродром, а ОС с помощью ЖРД блока выведения выходил на рабочую орбиту.
Для ускорения летной отработки самолета-носителя предусмотрена установка четырех ВРД (Р-39-300), работающих на керосине и имеющих примерно аналогичный расход воздуха.
ВОС позволял вывести на полярную орбиту высотой 130-150 км при стартовом параллаксе до 750 км полезный груз массой до 10,3 т при использовании на ГСР силовой установки на жидком водороде и груз 5,0 т с силовой установкой ГСР на керосине.
Из-за неосвоенности в качестве окислителя жидкого фтора для ускорения работ по ВОС в целом в качестве промежуточного шага предлагалась альтернативная разработка двухступенчатого ракетного ускорителя на кислородно-водородном топливе и поэтапное освоение фторного топлива на ОС - сначала использование высококипящего топлива на азотном тетраксиде и несимметричном диметилгидразине (АТ+НДМГ), затем фторо-аммиачное топливо (F2+NH3), и только после накопления опыта планировалось заменить аммиак на амидол.
Таким образом, коллектив ОКБ-155 А.И.Микояна летом 1966 года принялся за разработку воздушно-орбитального самолета, который благодаря особенностям заложенных конструктивных решений и выбранной схеме самолетного старта позволял реализовать принципиально новые свойства для средств выведения военных нагрузок в космос:
- вывод на орбиту полезного груза, составляющего по весу 9% и более от взлетного веса системы;
- уменьшение стоимости вывода на орбиту одного килограмма полезного груза в 3-3,5 раза по сравнению с ракетными комплексами на тех же компонентах топлива;
- вывод космических аппаратов в широком диапазоне направлений и возможность быстрого перенацеливания старта со сменой необходимого параллакса за счет самолетной дальности;
- самостоятельное перебазирование самолета-разгонщика;
- сведение к минимуму потребного количества аэродромов;
- быстрый вывод боевого орбитального самолета в любой пункт земного шара;
- эффективное маневрирование орбитального самолета не только в космосе, но и на этапе спуска и посадки;
- самолетная посадка ночью и в сложных метеоусловиях на заданный или выбранный экипажем аэродром с любого из трех витков.
В то же время конструкторы уже на этапе аванпроекта видели пути дальнейшего совершенствования системы. В первую очередь существенного повышения эффективности ВОС планировалось достичь разработкой многоразового ускорителя с ПВРД со сверхзвуковым горением, что позволяло в перспективе создать полностью многоразовый комплекс.
Конструкторы надеялись, что указанные особенности ВОС обеспечат его экономическую целесообразность, оперативное решение военных задач и эффективное использование околоземного космического пространства в военных целях.
Для натурной обработки конструкции и основных систем, которые в дальнейшем должны быть применены на боевых самолетах, в аванпроекте был детально проработан экспериментальный пилотируемый одноместный орбитальный самолет многоразового применения, который с целью ускорения работ, не дожидаясь разработки ГСР, должен был выводится на орбиту с помощью ракеты-носителя "Союз" (изделие 11А511 разработки ОКБ-1 С.П.Королева); и аналог орбитального самолета, запускаемый с самолета-носителя Ту-95 аналогично ракете Х-20.
Карьера УР-500К (сейчас эта ракета называется «Протон-К», для того чтобы отличить ее от двухступенчатого «Протона») поначалу складывалась неудачно. Из 25 пусков, выполненных к концу 1970 г., только 11 были успешными. В большинстве случаев виновницей оказывалась ракета – новое изделие, существенно более сложное, чем остальные. Недоброжелатели говорили, что надо прекратить пуски из-за низкой надежности и токсичности компонентов топлива. Испытатели смотрели на события проще: носитель «набирает статистику», а «детские болезни» преодолеваются с помощью мероприятий, направленных на увеличение надежности. К 1970 г. была существенно повышена надежность двигателей первой ступени и улучшена технология их изготовления. К 1971 г. соответствующие работы проведены с двигателями второй и третьей ступеней. К 1973 г. прошла волна мероприятий по повышению надежности системы управления. Результат налицо – число аварийных пусков резко сократилось. К этому времени перспективность УР-500К уже ни у кого не вызывала сомнений.
По сравнению с «Молнией» (8К78), «Протон-К» с разгонным блоком имел более чем трехкратное преимущество в массе груза, выводимого на отлетные траектории. Двигатель блока «Д» мог многократно включаться в условиях космического полета, благодаря чему УР-500К стала первым кандидатом для запуска спутников на геосинхронную (стационарную) орбиту.
Однако анализ аварийных пусков показал, что в части неудач были виноваты именно блоки «Д». В свое время В.Челомею не дали «развернуться» с собственным разгонным блоком (РБ) в программе ЛК-1, и сейчас, по его мнению, можно было повысить надежность комплекса, отказавшись от использования блока «Д». Еще во времена «лунно-облетного противостояния» с ОКБ-1, он предвидел трудности, возникающие при эксплуатации верхней ступени с криогенными окислителем, и предлагал разработать универсальный РБ на том же топливе, что и нижние ступени носителя. Для такого блока в 1965 г. он заказал своим соратникам по кооперации из Воронежа высотный ЖРД многократного включения с возможностью глубокого дросселирования тяги. Конечно, двигателю на АТ-НДМГ трудно тягаться с кислородно-керосиновым коллегой, но косберговцы пообещали «выжать все возможное» и сделать высокоэкономичный ЖРД замкнутой схемы. К январю 1969 г. было проведено 188 огневых испытаний 56 двигателей. Однако, не имея преимуществ по массе забрасываемого груза, новый разгонный блок не состоялся.
Отказавшись от концепции единых компонентов на всем носителе с «ног до головы», можно было сделать высокоэнергетический РБ, превосходящий кислородно-керосиновый блок «Д». Кислородно-водородное топливо как наиболее энергетически выгодное имело невысокую плотность – росли габариты разгонного блока и носителя в целом. К концу 1960-х годов прочнисты говорили, что ветровые нагрузки могут сломать слишком длинную ракету с верхней водородной ступенью. Не нарушая «золотого сечения», решили сделать блок на гораздо более плотном топливе на основе фтора.
Для такого РБ академик В.П.Глушко разработал двигатель РД-301 на жидком фторе и жидком аммиаке, по уровню удельного импульса близкий к кислородно-водородным ЖРД. Стендовая отработка двигателя была доведена до стадии выдачи «сертификата летной годности». Специалисты ОКБ-52 даже предлагали заменить стандартную третью ступень УР-500К фторо-аммиачным блоком с четырьмя РД-301, почти в полтора раза увеличив массу груза на низкой околоземной орбите. Были начаты, но не завершены, работы по подготовке одного из двух стартовых комплексов к заправке верхних ступеней новыми компонентами топлива. Дальнейшему развитию проекта мешали большая агрессивность фтора и чрезвычайно высокая токсичность фторо-аммиачного топлива и продуктов сгорания.
Пока эти вопросы не стояли остро, разработчики ЦКБМ нацеливались и на самое энергетически выгодное фторо-водородное топливо, позволяющее еще больше поднять грузоподъемность ракеты, имеющей третью и четвертую ступени, работающие на таком топливе.
Несмотря на то что В.П.Глушко «не любил» водород, он полагал, что можно уменьшить емкость баков водородной ракеты, используя в качестве окислителя фтор. Правда, оставались малая плотность и низкая температура кипения самого водородного горючего. Установка внутрибаковых теплообменников системы термостатирования топлива позволяла уменьшить испарение и увеличить время нахождения ракеты в заправленном состоянии.
Работы по фторо-водородному топливу не ушли дальше испытаний модельных камер сгорания двигателей, когда специалисты наконец полностью оценили возможный урон наносимый окружающей среде даже не аварией «фторной» ракеты, а просто утечкой окислителя, которой, как показала практика, трудно избежать. Работы над фтороаммиачными и фтороводородными блоками были прекращены.
Интересно отметить, что американские работы по использованию фтора в качестве окислителя для носителей и космических аппаратов были закрыты по тем же причинам, хотя и немного раньше.
В начале 1970-х годов снова вернулись к топливу «кислород-водород». К этому времени вопросы прочности и ветровой устойчивости носителя уже были решены, а на стендах «жужжали» двигатели 11Д56 и 11Д57 разработки КБ А.Люльки и А.Исаева соответственно, созданные для верхних ступеней перспективных вариантов Н-1. Лунная программа переживала упадок, и практически готовые ЖРД остались без заказчика. В.Челомей предлагал поставить вариант двигателя 11Д57М (с раздвижным соплом) на третью ступень «Протона-К». Дополнив такую ракету блоком «ДМ», можно было примерно в 1,5 раза увеличить массу спутника, выводимого на геостационарную орбиту. В канун нового, 1972 г., было решено всерьез заняться проблемой повышения энергетических характеристик «Протона-К» с помощью водородных ступеней.
Как и в предыдущих случаях, проектанты рвались вперед и предложили сделать для «пятисотки» РБ с... ядерным ракетным двигателем! В Воронеже КБ Химавтоматики развернули работу над необходимой двигательной установкой. Понимая, что полеты реальной ракеты с ядерным разгонным блоком начнутся еще не скоро, в Реутове прорабатывались варианты «Протона-К», оснащенного кислородно-водородными ЖРД на второй и третьей ступенях. Оставался один шаг к полному отказу от концепции ракеты на долгохранимом топливе. И он был сделан.
Несмотря на свое неприятие королёвской Н-1, В.Н.Челомей хорошо отзывался о кузнецовских кислородно-керосиновых двигателях для этой ракеты. Уже к июню 1972 г. были приготовлены технические предложения по носителю на базе УР-500К, но оснащенному этими ЖРД.
Такое же предложение по использованию кислорода и керосина на «Протоне-К» было выдано в первой половине 1970-х годов Центральным научно-исследовательским институтом машиностроения (ЦНИИМаш). В контексте завершения работ по Н-1 основным вопросом была проблема утилизации оставшихся двигателей, имеющих высокие характеристики, а также использование отлаженного крупносерийного производства на НПО «Труд» в Куйбышеве. Однако, как и в первом случае, замена топлива не вела к резкому увеличению грузоподъемности носителя, но требовала коренной модернизации не только ракеты,
но и всей наземной базы и, в основном, стартового комплекса. Усилия на переделку старта должны были окупиться экологической чистотой комплекса. Эти предложения тогда не поддержали.
В первой половине 1980-х годов специалисты ЦКБМ предложили еще один экологически чистый вариант ракеты, на этот раз двухступенчатый. Первая ступень оснащалась ЖРД Н.Кузнецова, а на второй устанавливался один кислородно-водородный двигатель КБ Химавтоматики, который разрабатывался в рамках нового гигантского проекта «Энергия-Буран».
И хотя предлагаемая ракета по расчету имела более высокую надежность, чем «Протон», при почти вдвое большей грузоподъемности, руководству страны тогда было не до нее.
Установив на такой носитель кислородно-водородный РБ, разработчики могли получить надежную трехступенчатую ракету, способную вывести на геостационарную орбиту спутник массой 5,7–7,6 т. Подобной системы в мире еще не существовало – она появился только в конце 1990-х годов (Arian 5 и Titan 4–Centaur)...
Просьба высказываться дамы и господа .
