«Техника-молодежи» 2003 г №8, обл, №9, с.4-8
| Степан МИКОЯН, Герой Советского Союза, Заслуженный летчик- испытатель СССР | КАК ОРБИТАЛЬНЫЙ КОРАБЛЬ НАУЧИЛИ ЛЕТАТЬ |
В шестидесятых годах в США начали исследовать экспериментальные самолеты — крылатые и с несущим корпусом, — имея в виду их использование в качестве многоразового космического корабля с выполнением посадки после возвращения с орбиты «по-самолетному».
В ОКБ Артема Ивановича Микояна также начали разработку такого крылатого орбитального одноместного самолета, который назвали «Спираль». На первом этапе он должен был выводиться на орбиту ракетой-носителем, а в дальнейшем его старт должен был осуществляться с гиперзвукового самолета-разгонщика с помощью ракетного ускорителя. Главным конструктором разработки назначили Глеба Евгеньевича Лозино-Лозинского.
Тема «Спираль» была поддержана Главнокомандующими ВВС и Ракетных войск, начальником Генерального штаба, министрами всех оборонных министерств, однако Министр обороны отказался подписывать проект постановления правительства. Он наложил резолюцию: «Нечего заниматься фантастикой. Микояну надо делать самолеты».
Однако некоторое время работа еще продолжалась. Построили только дозвуковой аналог самолета «Спираль» для испытаний захода на посадку и посадки. Андрей Николаевич Туполев по просьбе А.И.Микояна доработал один бомбардировщик Ту-95 для использования в качестве носителя, сделав в его фюзеляже вырез для полуутопленной подвески аналога. В 1977 г. летчик-испытатель ОКБ Микояна Авиард Фастовец сделал первый полет со сбросом на высоте 6000 м и посадкой на полевой аэродром в Ахтубинске. В 1978 г. летчики Фастовец, П.М.Остапенко и летчик НИИ ВВС В.Е.Урядов выполнили еще пять полетов. После этого тема была закрыта.
Но, когда стало известно о разработке в США многоразовой системы «Спейс Шаттл», руководством нашей страны было принято решение о создании подобной системы. С этой целью 23 февраля 1976 г. основали Научно-производственное объединение «Молния», объединив три конструкторских организации — ОКБ «Молния», руководимое М.Р.Бисноватом, которое занималось созданием ракет «воздух—воздух» и «воздух—земля» для самолетов-истребителей, ОКБ «Буревестник», руководимое А.В.Потопаловым, создававшее ракеты ПВО «земля—воздух», и Экспериментальный машиностроительный завод, руководимый В.М.Мясищевым.
Возглавил новое объединение Г.Е.Лозино-Лозинский. С ним вместе перешли в НПО «Молния» ряд специалистов из ОКБ имени А.И.Микояна, из его филиала в г. Дубна и из других фирм-смежников, принимавших ранее участие в работах по теме «Спираль».
Главный конструктор Г.Е.Лозино-Лозинский и пришедшие с ним специалисты предполагали разрабатывать орбитальный корабль, по компоновке подобный «Спирали», так как ее схема «несущий корпус» обеспечивает более приемлемые температурные условия входа в атмосферу, а также предоставляет большие внутренние объемы при том же весе, чем схема, выбранная американцами. Однако В.П.Глушко, ответственный руководитель головного НПО «Энергия», и министр общего машиностроения А.Афанасьев приняли решение создавать корабль подобный американскому «Спейс Шаттлу», чтобы избежать дополнительного риска.
Но с самого начала в нашу систему было заложено принципиальное отличие. Американский корабль «Спейс Шаттл», на котором установлены основные двигатели, сам является фактически многоразовой ракетой. Одноразовым в этой системе является только топливный бак, который прикреплен к кораблю и отделяется от него после выхода на орбиту. Твердотопливные ускорители, установленные на баке, после выработки топлива, еще в атмосфере, опускаются в океан на парашютах и после подъема из воды и ремонта могут быть повторно применены.
Дозвуковой аналог «Спирали». 
|
В нашей системе основные (маршевые) двигатели и система управления выведением на орбиту установлены на ракете «Энергия», на которую устанавливается орбитальный корабль со своей системой управления и двигателями ориентации и орбитального маневрирования. Ракета «Энергия» фактически является самостоятельной разработкой и может быть использована для выведения различных грузов. После вывода на орбиту корабль «Буран» отделяется от одноразовой ракеты, которая падает на Землю, частично сгорая в атмосфере. Таким образом, в нашей системе многоразовым является лишь корабль «Буран».
НПО «Молния» должно было разработать, с участием других предприятий авиационной промышленности — смежников, «планер» орбитального корабля. Имелся в виду корабль, так сказать, в авиационном варианте, без систем, используемых только в орбитальном полете, которые создавались НПО «Энергия» и другими фирмами Министерства общего машиностроения. Однако система управления как для орбитального полета, так и атмосферного, разрабатывалась космической фирмой Н.А.Пилюгина. Система навигации в процессе спуска разрабатывалась в ОКБ «Марс» А.С.Сырова, а микроволновая система захода на посадку — ОКБ Г.Н. Громова.
При разработке «Бурана» использовалась информация по «Спейс Шаттлу», публиковавшаяся, в основном, в открытой печати США, при этом многое копировалось, включая его внешнюю и внутреннюю компоновку. В связи с отсутствием на нашем корабле маршевых двигателей, обводы хвостовой части были более обтекаемыми, вследствие чего его аэродинамическое качество было выше, чем у «Спейс Шаттла».
Основой системы управления нашего корабля, как и «Шаттла», стал вычислительный комплекс, состоящий из четырех взаимно резервированных компьютеров. Все системы корабля строированы и должны обеспечить благополучное возвращение корабля на землю при двух отказах в любой системе. На «Буране» вычислительный комплекс управляет как аэродинамическими рулями корабля, так и всеми другими агрегатами и устройствами. В режиме ручного управления сигналы компьютеру дает летчик, пользуясь привычными самолетными ручкой управления и педалями.
«Буран» проектировался в КБ НПО «Молния», а строился на находящемся на той же территории серийном Тушинском авиационном заводе (ТМЗ).
Одной из жизненно важных задач было создание теплозащитного покрытия, обеспечивающего живучесть корабля при входе в атмосферу, когда происходит его интенсивный кинетический нагрев. Была принята теплозащита, аналогичная американской, состоящая из кварцевых плиток, материала типа «углерод—углерод» на носовом обтекателе и на передних кромках крыльев, а также гибкой теплозащиты на менее нагреваемых поверхностях. Был разработан материал плиток теплозащиты, а Тушинским заводом и НПО «Молния» была создана технология их механической обработки и наклейки на корпус. Обводы изготовленного корабля точно обмерили и создали банк данных. Каждая плитка имела точный адрес приклейки и обрабатывалась на станке с программным управлением, в соответствии с формой поверхности в месте ее установки.
После выполнения орбитального полета нашего корабля количество плиток, требовавших замены, оказалось меньшим, чем после полета американского корабля.
В соответствии с принятой в нашей космической промышленности методикой, первые два орбитальных полета корабля «Буран» планировались как беспилотные, что требовало создания полностью автоматической системы управления (включая этап посадки). Американский корабль «Спейс Шаттл» первый же полет на орбиту выполнял с экипажем на борту. За более чем сто двадцать полетов на орбиту, американцы ни разу не делали автоматической посадки — на высоте нескольких сот метров они выключают автоматическую систему управления и вручную выполняют выравнивание и приземление.
При достаточной видимости внешнего пространства и посадочной полосы летчик это делает надежно и без особых трудностей, необходимости в автоматике нет. Однако при очень низкой облачности или в тумане, особенно ночью, для посадки необходимо использование автоматики. «Спейс Шаттл» в случае плохой погоды пережидает ее на орбите или садится на запасной аэродром. Для нашей системы военными было выдвинуто требование посадки в любых метеоусловиях. Поэтому, а также в связи с необходимостью выполнения беспилотных полетов корабля «Буран», главной задачей стала отработка его автоматической посадки.
«Буран» на стартовой площадке. |
Орбитальный корабль после схода с орбиты летит, как планер, не используя тягу двигателей, и так же заходит на посадку. Дальность планирования корабля в атмосфере может в некоторых пределах регулироваться раскрытием или складыванием створок разрезного (раздвоенного) руля поворота, которые служат воздушным тормозом, а также изменением угла наклона траектории, что приводит к изменению скорости полета, а значит и аэродинамического качества.
Была поставлена задача: до реального полета в максимальной степени отработать корабль и его системы на земле. Для решения этой задачи была создана мощная экспериментальная и лабораторная база — стенды, барокамеры и другие установки как на нашей фирме, так и на многочисленных предприятиях-смежниках. В громадных объемах проводилось математическое и полунатурное моделирование, отработка агрегатов на стендах, продувки моделей в аэродинамических трубах, вакуумные, тепло-вакуумные и электрические испытания. В НПО «Молния» был создан пилотажный стенд-тренажер (ПДСТ) с кабиной на подвижной платформе, на котором отрабатывались траектории полета и вопросы динамики полета корабля, а также стенд бортового оборудования для полунатурного моделирования всех систем корабля («железная птица»). В ЦАГИ также создали пилотажный стенд на английской шестистепенной подвижной платформе, с французской вычислительной системой.
В ЛИИ МАП сформировали специальный отряд для подготовки к полетам на орбитальном корабле, в который вошло девять летчиков-испытателей. Из ГКНИИ ВВС также были выделены два военных летчика-испытателя. Эти летчики в качестве тренировки выполнили большое количество полетов с посадкой без использования тяги двигателей на истребителях МиГ-25, а военные летчики — также и на ракетоносце Ту-22. При этом, выпуском шасси и воздушного тормоза аэродинамическое качество этих самолетов «подгонялось» под качество «Бурана». Посадка без двигателя на таких самолетах достаточно сложна из-за крутого угла планирования — до 20 градусов — и быстрого снижения самолета — до 50—60 м/с.
Два пассажирских самолета Ту-154 были переоборудованы в летающие лаборатории. Правое пилотское место по компоновке приборов и по органам управления оборудовали аналогично «Бурану». Бортовая вычислительная машина, используя выпуск интерцепторов и реверс тяги двигателей, «портила» аэродинамическое качество самолета, чтобы оно примерно соответствовало качеству «Бурана». Параллельно к основной системе управления рулями установили электродистанционную, с цифровой вычислительной машиной, аналогичной БЦВМ орбитального корабля.
На этих самолетах-лабораториях отрабатывались траектории захода на посадку и посадка корабля, оценивалась динамика полета и возможность ручной и автоматической посадки самолетов. Летчики, выделенные для полетов на корабле «Буран» и на его аналоге, выполнили многие сотни полетов, в которых пилотировали вначале вручную, а потом поэтапно подключали автоматику, пока не убедились в возможности посадки вплоть до приземления в полностью автоматическом режиме.
Для испытаний корабля на участке захода на посадку и посадки создали атмосферный аналог орбитального аппарата, называвшийся «Изделие 002». Он должен был подтвердить результаты отработки и достоверность моделирования полета и, прежде всего, точность и надежность автоматической посадки.
Испытания американского «Спейс Шаттла» по заходу на посадку и по посадке проводились путем сброса его со «спины» самолета «Боинг-747» на высоте 6—8 км, и он в течение 3— 5 минут планировал на посадку. Автоматика включалась только на участке планирования для проверки, а посадку делали вручную.
У нас не было тогда самолета, который мог бы поднять аналог весом около 80 т, поэтому решили обеспечить его самостоятельный взлет, для чего установили четыре самолетных реактивных двигателя. Кроме того, установили топливный бак, удлинили переднюю стойку шасси для облегчения взлета и внесли ряд других изменений. Вместо теплозащиты аналог был видны четыре двигателя.обклеен поролоном для ее имитации. Возможность взлета и полета нахвоих двигателях позволила дольше находиться в воздухе, что пригодилось для оценки аэродинамических характеристик корабля.
Аналог «Бурана» на земле.
Испытания аналога начались в январе 1982 г. в ЛИИ им.Громова в Жуковском.
Для получения телеметрической испытательной информации в реальном времени при полетах самолетов Ту-154ЛЛ и изделия 002 на аэродроме был создан пункт управления летным экспериментом (ПУЛЭ). Оттуда осуществлялось руководство полетом, и за дюжиной дисплеев сидели инженеры, контролировавшие работу систем корабля и параметры траектории его полета. Кроме того, мы получали ТВ-изображение корабля в полете с борта самолета-сопроводителя и с земли.
Летные экипажи каждое задание на полет вначале отрабатывали на стенде-тренажере ПДСТ, а затем, перед полетом на «Буране», как правило — в тот же день, выполнялся полет по этому заданию на летающей лаборатории Ту-154.
Первый полет выполнили летчики-испытатели Игорь Волк и Римантас Станкявичюс. В двух первых полетах посадка выполнялась по обычной для самолетов траектории, с использованием тяги двигателей. Во всех последующих полетах планирование выполнялось с двигателями, работающими на малом газе. Планирование начиналось из контрольной точки (КТ), расположенной на удалении 14,5 км от центра ВПП на высоте 4000 м. Это была точка, в которую «Буран» должен был выводиться инерциальной навигационной системой после возврата с орбиты.
 Схема траектории посадки «Бурана». |
С момента прохода КТ корабль управлялся по сигналам микроволновой посадочной системы. На планировании, до начала первого выравнивания, должна была выдерживаться скорость 520 км/ч. Она корректировалась увеличением или уменьшением угла раскрытия створок руля поворота относительно их среднего положения.
На высоте примерно 250 м начиналось первое выравнивание, в результате которого угол планирования уменьшался до 2° и начинала падать скорость.. С высоты 10—12 м выполнялось окончательное выравнивание и корабль приземлялся. В первом заходе каждого полета с высоты примерно 20 м уходили на второй круг, а второй заход заканчивался посадкой.
В четвертом полете на планировании на 10 с включили автоматическое управление. В последующих полетах автоматика выключалась все на меньшей высоте. Наконец, в седьмом полете, корабль пилотировался в автоматике, без вмешательства летчиков, вплоть до касания земли. А в следующем полете и пробег был выполнен автоматически до полной остановки корабля.
В некоторых полетах при подходе к точке КТ преднамеренно создавали отклонения от заданной траектории, чтобы имитировать неточность вывода корабля на аэродром инерциальной навигационной системой.
Всего выполнили 26 полетов с 40 заходами на посадку. 17 полетов заканчивались полностью автоматической посадкой до остановки на ВПП.
Кроме И.Волка и Р.Станкявичуса, летали еще четыре летчика: Анатолий Левченко, Александр Щукин, а также летчики-испытатели НИИ ВВС Иван Бачурин и Алексей Бородай.
По результатам испытаний было выпущено Заключение о возможности выполнения посадки корабля в полностью автоматическом режиме с достаточной степенью надежности и точностью приземления. Это заключение, наряду с другими, позволило принять решение о выполнении беспилотного орбитального полета корабля «Буран».
Испытания аналога «Бурана» уникальны: в них многое было впервые и, прежде всего, — полет крылатого летательного аппарата, управляемого вычислительным комплексом с электродистанционной цифровой связью с аэродинамическими рулями, выполнявшего полностью автоматическую самолетную посадку на аэродром.
Эти испытания подтвердили правильность построения систем управления, навигации и контроля и их работоспособность, что обеспечило благополучное завершение космического полета корабля «Буран». При этом был внесен большой вклад в авиационную науку и практику.
15 ноября 1988 г. крылатый космический корабль «Буран» в беспилотном варианте выполнил первый (и последний) полет по одновитковой орбите, а с учетом участков выхода на орбиту и спуска получилось два витка вокруг Земли. Корабль выполнил безупречную автоматическую посадку на специально построенную взлетно-посадочную полосу космодрома Байконур. Отклонения от расчетной точки приземления составили 5,8 м в сторону от осевой линии ВПП и 30 м вдоль нее.
Второй экземпляр орбитального корабля «Буран» отвезли на самолете 3М-Т на Байконур в 1989 г. для окончательной сборки, которая шла довольно долго. Не было также готово математическое обеспечение для второго, более длительного полета. Не готова была и ракета-носитель «Энергия». Так что «Буран» не успели запустить до 1991 г. А вскоре наступили новые времена, Советский Союз распался, и средств на окончание работ по кораблю и на запуск уже не было. Через некоторое время работа была закрыта.
Откровенно говоря, я считаю ее закрытие правильным — система — «Энергия—Буран» была очень дорогой даже для советских времен, а для России ее стоимость была совершенно неприемлемой. Ясно было, что мы не сможем сделать лучше, чем американцы, а могло получиться и хуже. Система «Энергия—Буран» была только частично многоразовой и она никогда не смогла бы окупить затраты из-за высокой стоимости ракеты «Энергия», гибнущей в каждом полете.
Тем не менее я должен сказать, что наши ученые, инженеры, техники и летчики проделали замечательную работу, решив при этом множество трудных проблем. Их труд не потерян, он внес существенный вклад в авиационно-космическую науку и практику. Большинство участников работы получали громадное удовлетворение от своей работы, и им есть, чем гордиться.
Несколько слов о проекте МАКС.
В соответствии с постановлением правительства по теме «Буран» конструктору Антонову был заказан самолет, на котором можно было бы перевозить «Буран» на основной аэродром в случае его посадки из космоса на запасной. ОКБ Антонова с этой целью разработало модификацию своего тяжелого транспортного самолета Ан-124. Увеличили крыло, добавили еще два двигателя — их стало шесть, и сделали двухкилевое хвостовое оперение. Получился самый большой и грузоподъемный в мире транспортный самолет Ан-225, способный нести до 250 т груза.
Еще в период работы по «Бурану» у Г.Е.Лозино-Лозинского возникла идея использовать его в качестве стартовой «платформы» для запуска с его «спины» орбитального корабля, подобного «Спирали». НПО «Молния» начало работу по созданию такой многоразовой авиационно-космической системы. Она была бы почти полностью многоразовой (кроме топливного бака) и не была бы жестко привязана к наземному стартовому комплексу, позволив выбирать наиболее выгодную точку старта и наклонения орбиты. Стоимость запуска объектов на орбиту была бы значительно меньше, чем у существующих систем.
| Летчики-испытатели: Игорь Волк, Римантас Станкявичюс, Анатолий Левченко, Александр Щукин, Иван Бачурин и Алексей Бородай. |
Летающая модель «Бор-4». |
К сожалению, постановления правительства по этой работе не появилось, поэтому работа над ней шла медленно, а сейчас из-за отсутствия средств почти полностью прекратилась.
Построен один экземпляр самолета Ан-225, на котором перевозили летавший на орбиту корабль «Буран» из Байконура в Париж на авиасалон. Сейчас он используется для перевозки особо тяжелых и негабаритных грузов по всему миру. Второй самолет построен только на 80%.
Еще до начала работы по «Бурану», для испытаний аэродинамики самолета «Спираль», устойчивости и управляемости в атмосфере и характеристик его орбитального полета, была спроектирована его летающая модель в половинном масштабе — «Бор-4». Теперь тема «Спираль» была закрыта, но такую модель решили использовать для испытаний теплозащиты. Изготовили несколько экземпляров «Бор-4», с теплозащитой, аналогичной теплозащите «Бурана».
Модель «Бор-4» выводилась на орбиту ракетой-носителем с полигона Капустин Яр, делала один виток, затем в автономном управлении снижалась в плотные слои атмосферы. Выпускался парашют, и модель приводнялась. Работа выполнялась ЛИИ МАП с участием НПО «Молния» и других организаций. Первые две модели приводнялись в Индийском океане к западу от Австралии, а последующие две — в Черном море в районе Севастополя. Поиск и возвращение моделей выполнялись кораблями Военно-морского флота. Испытания подтвердили надежность теплозащиты, разработанной для «Буран».
Была также создана модель корабля «Буран» в 1/8 натуральной величины. Пять таких моделей, названных «Бор-5», запускались на суборбитальную траекторию с полигона Капустин Яр с целью оценки аэродинамических характеристик корабля. Они садились также на парашюте на сушу на полигоне недалеко от озера Балхаш. Испытания подтвердили расчетные характеристики корабля «Буран».