«Техника-молодежи» 1989 г №1, обл-2, с.1-3

Эта по тем временам необычная дипломная работа куда более удивительна своей темой. Речь шла о разработке аэрокосмического аппарата — космолета. По нынешнему— космического челнока... Для оживления фантазии членов Государственной экзаменационной комиссии Леонов «выдал» тогда и иллюстрированное приложение «в двух картинах». На одной, в полном соответствии с проектом, он изобразил самолет, с гиперзвуковой скоростью летящий на фоне черного неба. На другой — радостный миг посадки...

...Радостный миг посадки. Шасси беспилотного космического корабля, буквально раскаленного после головокружительного «слалома» в плотной земной атмосфере, нежно и в то же время академически точно касается бетонки. Так 15 ноября 1988 года был завершен первый 205-минутный космический полет «Бурана».

Попытаемся ответить на вопрос: как же удалось создать этот «гибрид» искусственного спутника Земли и самолета, что способен в течение получаса сбросить скорость с 28 тыс. км/ч до 340...

«Буран» действует в паре только с «Энергией». Обратное — не верно: она вывозит на орбиту и любой другой груз с массой выше 100 т. Для справки: американский «Шаттл» на такое не способен, (см. стр. 3), поскольку его вторая ступень с основным ЖРД расположена на самом корабле. В этой особенности компоновки двигателей нашей универсальной многоразовой ракеты-носителя вся «соль».

1. Дорога к старту.

2. Проверка перед космической дорогой.

3. Три, два, один... пуск!

4. Сел, «как учили».

5. Послеполетный осмотр.

Напомним: центральный блок «Энергии» диаметром 8 и длиной 60 м (см. «ТМ» № 10 за 1987 год) несет на себе воздушно-космический корабль, а также четыре боковых блока первой ступени. Каждый из них оканчивается самым мощным в мире четырехкамерным ЖРД с тягой до 800 т, работающим на кислороде и углеводородном горючем, суммарная тяга всех двигателей достигает 3600 т (учитывая и двигатель центрального блока). К моменту отрыва от Земли мощность, развиваемая стартовыми двигателями, достигает 170 млн. л. с. Это вдесятеро больше, чем у самого мощного (до недавнего времени) отечественного носителя «Протон» и почти в 1,3 раза больше, чем у самой мощной американской ракеты «Сатурн-V».

Теперь проследим за развитием событий после взлета «Энергии». Примерно на 50-километровой высоте отстреливаются боковые блоки первой ступени. Отработав свое, они падают в заданном районе. Поскольку ракетные двигатели, а главное электронная начинка блоков могут быть использованы не один, а несколько раз (в этом и заключается одна из сторон концепции многоразовости), их в будущем намечено снабдить системой спасения.

На высоте примерно 150 км — скорость к этому времени достигнет 6 км/с — от центрального блока отделяется и сам корабль. «Энергия» в данном случае не выводит полезную нагрузку непосредственно на орбиту ИСЗ, иначе возвращение ее на Землю было бы затруднено.

Чтобы стать искусственным спутником Земли, «Бурану» необходимо «добрать» недостающие 2 км/с. Поэтому еще дважды, в общей сложности на 100 с, запускается объединенная двигательная установка корабля. Наконец, освободившись от пут земного тяготения, «Буран» совершает свой первый виток в безвоздушном пространстве.

Этот летательный аппарат в одно и то же время похож и на «располневший» истребитель, и на «похудевший» Руслан. Треугольное крыло двойной стреловидности, элевоны н другие органы управления, типичные для сверхскоростных машин, — все это свидетельствует о его причастности к самолетной элите.

Главное в «Буране» — способность транспортировать на орбиту грузы, причем немалые. В довольно-таки объемистом корпусе, разделенном на три отсека — носовой, средний и хвостовой, — основное место занимает грузовой отсек. В нем легко поместится базовый модуль станции «Мир», спутник связи или какой-либо иной груз массой до 30 т. Для погрузки и выгрузки служит люк с открывающимися створками — они занимают большую часть длины фюзеляжа. В носовом отсеке размещена герметичная кабина для будущих экипажей, ее объем 73 м³. (Сейчас, пока идут испытания многочисленных систем, здесь царствует электронный мозг робота-пилота.)

В хвостовой части корабля смонтированы двигатели, предназначенные для маневрирования на орбите. Кроме того, и в носовой, и в хвостовой частях фюзеляжа установлены блоки сопел управляющих газодинамических двигателей — они включаются при маневре в разреженных слоях атмосферы.

Пожалуй, за всю историю авиации и космонавтики аэродинамикам, прочнистам, материаловедам, да и другим специалистам не приходилось решать столь сложных, подчас противоречивых задач. С одной стороны, конструкция космолета должна быть легкой, с безупречным аэродинамическим профилем, с другой — не потерять надежность в самых тяжелых температурных, динамических и прочих условиях. Она должна легко переносить вибрацию и удары, ледяной холод космоса и плазменный жар аэродинамического торможения. При спуске в плотных слоях атмосферы температура «наветренных» кромок крыльев, фюзеляжа, двигателей подскакивает до 1500-1600°С, что выше точки плавления традиционных материалов. Впрочем, последних в конструкции «Бурана», пожалуй, и не сыскать. «Крылатому металлу» — алюминию и его сплавам — пришли на смену более прочные и стойкие титановые, бериллиевые, ниобиевые сплавы, а также неметаллические и композиционные материалы с различными наполнителями. Разумеется, прежде, чем попасть на борт «Бурана», они всесторонне испытывались и в лабораторных, и в космических условиях. Как и в случае со «Спейс Шаттлом», предметом особых забот конструкторов «Бурана» стало создание надежного теплозащитного покрытия. Ведь область гиперзвуковых полетов (на скоростях свыше 5 М, то есть впятеро превышающих скорость звука) до последнего времени оставалась «терра...», а лучше сказать «аура инкогнита» для наисовременнейших образцов авиационной техники... Как бы ни бушевали плазменные смерчи на плоскостях спускающегося с орбиты аппарата, температура силовой оболочки корпуса не должна превышать 150°С — иначе потеря необходимых прочностных качеств. Мощный тепловой удар принимала на себя и успешно гасила теплозащита «Бурана». 9 т — такова масса высокотемпературной «кольчуги». Составлена она из почти 39 тыс. плиток, отличающихся друг от друга и по размерам, и по теплофизическим свойствам. В их основе — тончайшее кварцевое волокно и гибкие элементы высокотемпературной органики. Носовой кок, передние кромки киля, крыльев, где тепловые нагрузки наиболее сильны, защищены покрытием из специального, созданного на основе углерода, конструкционного материала.

На первый взгляд теплозащитные плитки ничего из себя не представляют: они довольно мягкие, даже ногтем можно поцарапать. А вот расплавленный металл никакого ущерба их поверхности не наносит. Свойства их таковы, что даже после огненной купели плитку можно потрогать рукой — она не пропускает, блокирует тепловой поток.

Чтобы полнее представить, какой «букет» химических, теплофизических, прочностных и даже радиотехнических свойств пришлось соединить вместе специалистам только в одном этом изделии, назовем некоторые из предъявляемых к ним требований. Теплозащитные плитки должны быть минимального удельного веса, радиопрозрачными, иметь отменную теплостойкость, обладать минимальным коэффициентом линейного расширения, не реагировать с плазмой. Ну а насколько это удалось, показал послеполетный осмотр «Бурана». Придирчивые эксперты недосчитались на нем лишь нескольких плиток. Впрочем, мы забежали несколько вперед. Поэтому вернемся мысленно на борт корабля, который совершил два витка вокруг Земли и готовится к спуску.

Представьте себе, как спускаемый на воду океанский лайнер мчится по стапелям и, набирая скорость, входит в воду. Так и «Буран». На скорости, почти в 30 раз превышающей скорость пули, космолет сходит с орбиты и врезается в атмосферу днищем, оберегая стекла кабины и другие слабо теплозащищенные места, подставляя наиболее термостойкие нижние части фюзеляжа и крыльев.

Отметим еще одно немаловажное обстоятельство, без которого спуск с орбиты невозможен. Перед самым прыжком маршевые двигатели по команде бортовой ЭВМ должны развернуть корабль против направления орбиты. Включится тормозной импульс, и только после его отработки «Буран» под строго определенным углом ворвется в плотные слои атмосферы. Если угол окажется меньше оптимального — возможен «блинчик», корабль срикошетирует от атмосферы, как плоский камешек от воды, если больше — зароется носом и обгорит!

Первый атмосферный «слалом» завершился успешно. Около двадцати минут, пока плазма бушевала за бортом, научные корабли, спутниковые системы, державшие на протяжении всего полета «Буран» под неусыпным радионадзором, потеряли его из виду... «Буран» вырвался из плазменного плена, когда высота составляла 40 км, а до посадочной полосы оставалось 400 км. Во время скоростного спуска он шел круче, чем самолет при боевом пикировании.

Ну а как быть, если возникают непредвиденные обстоятельства, заставляющие изменить место посадки? И этот случай предусмотрели создатели корабля — он способен совершать управляемый спуск в атмосфере, до 2000 км отклоняясь от трассы спуска! Это важное обстоятельство позволит ему сесть на один из трех аэродромов.

Предвидим закономерный вопрос: почему так отстали мы с запуском «Бурана», ведь американские «Шаттлы» с 1981 года по 1986 год (пока не случилась катастрофа с «Челенджером»), побывали в космосе 24 раза?

На этот счет бытует много мнений. Но вот суждение специалиста — председателя Государственной комиссии М. К. Керимова:

— Мы отнюдь не отстаем от США, если говорить о развитии космонавтики в целом. Действительно, запаздываем с созданием кораблей многоразового использования, зато значительно опережаем в разработке и эксплуатации долговременных орбитальных станций и тяжелых носителей. Сосредоточить же силы и средства сразу на двух таких крупных направлениях чрезвычайно трудно.

В сущности, этого мнения придерживаются и авторы доклада исследовательской службы конгресса США «Советские космические программы 1981 -1987», составленного задолго до запуска «Бурана». «Ни одна страна не опережает другую в космосе. Результаты сравнений меняются в зависимости от аспектов деятельности... Возможно, сама концепция «гонки в космосе» в нынешней обстановке неуместна».

Как бы там ни было, успешным запуском «Энергии» — «Бурана» начинается новый виток отечественной космонавтики. Впереди — двух-четырехнедельные полеты на орбитальных многоразовых кораблях, доставка на орбиту крупногабаритных грузов, стыковки с космическими платформами. Новый носитель позволяет всерьез подойти к фантастическим проектам освоения Венеры, Марса, Солнечной системы. Мирным проектам.

— Мы не скрываем, — сказал начальник Главкосмоса СССР А. Дунаев, — что в наших планах стыковка орбитального корабля «Буран» со станцией второго поколения «Мир» (в пилотируемом варианте экипаж «Бурана» 2-4 человека, могут быть еще и 6 пассажиров). Нельзя забывать и о том, что сейчас некоторые спутники большой стоимости после исчерпания ресурса остаются на орбите — многоразовые корабли могут возвращать их на Землю... Предполагаем, что «Буран» будет стартовать от одного до четырех раз в год для выполнения уникальных космических задач.

Естественно, один «Буран» — это мало, у нас в настоящее время ведется строительство новых космических -кораблей. Уже названы и пилоты: И. Волк, Р. Станкявичус, У. Султанов, М. Толбоев.

«Спейс Шаттл» предназначен для вывода космических аппаратов на геоцентрические орбиты высотой 200-500 км. Имея отсек полезного груза с габаритами 18,3 на 4,6 м, он может доставлять на Землю выработавшие свой ресурс аппараты, а после их ремонта или модификации вновь выводить на орбиту. «С. Ш.» является одним из элементов космической транспортной системы, включающей также межорбитальные буксиры (см. «ТМ» № 4 за прошлый год) для перевода полезного груза, выведенного на низкую геоцентрическую орбиту, на более высокую, вплоть до стационарной или даже межпланетной (лунной) траектории. Его возможности используются в военных целях — для вывода в околоземное пространство военных связных, метеорологических, разведывательных спутников, с его помощью планируется создавать военные базы, командные пункты, системы противоракетной обороны космического базирования.

Максимальный полезный груз при выводе на круговую орбиту высотой 185 км с наклонением 28° — 29,5 т. Груз, доставляемый с орбиты на Землю, — 14,5 т против 20 т у «Бурана». Номинальная длительность орбитального полета — 7 суток, а при наличии дополнительных запасов расходуемых материалов она может увеличиваться до 30 суток. Численность экипажа 7 человек, из них 4 человека — исследователи и экспериментаторы, не являющиеся профессиональными космонавтами. Полет совершается без скафандров, разумеется, за исключением выходов в открытый космос. Перегрузки на всех участках полета не превышают 3 единиц.

Стартовая масса «С. Ш.», выполненного по двухступенчатой схеме с параллельным расположением ступеней, около 2 тыс. т, длина 56 м. При старте (вертикальном) включаются двигатели обеих ступеней.

На высоте около 40 км два твердотопливных блока-ускорителя первой ступени отделяются с помощью парашютной системы, опускаются в океан. Затем они буксируются к стартовому комплексу и после восстановительного ремонта и повторного снаряжения топливом используются вновь (до 20 раз). Вторая орбитальная ступень — крылатая пилотируемая. Ее основная двигательная установка использует жидкое топливо из внешнего сбрасываемого бака — единственного одноразового элемента.