Антон Первушин - Битва за звезды-2. Космическое противостояние (часть II)
С этого момента начинается маневр выхода «на горку» с перегрузкой 1,4 g до высоты около 20 километров и скорости в 3 Маха. Далее происходит набор высоты па полубаллистической траектории с использованием тяги двигателей и подъемной силы крыла. Подъем осуществляется с постоянным углом наклона траектории к горизонту до высоты около 80 километров и скорости до 20 Махов. Тяга двигателей дросселируется, чтобы уровень перегрузки не превышал 3 g.
Затем угол подъема уменьшается, и на высоте почти 90 километров при скорости 27,2 Маха космический самолет выходит на эллиптическую орбиту с перигеем 70 километров и апогеем 300 километров.
Управление полетом «ХОТОЛ» на участке выведения осуществляется отклонением маршевым двигателей рулевыми двигателями на концах крыла, а также с помощью выдвижного переднего горизонтального оперения, стабилизатора и элеронов при управлении по каналу крена.
При входе в атмосферу управление полетом, при убранном оперении, обеспечивается двигателями на концах крыла.
При движении в плотных слоях атмосферы управление полетом осуществляется с помощью выдвижного переднего стабилизатора, элеронов и подфюзеляжного щитка.
После того как фирме «Бритиш аэроспейс» было отказано в финансировании проекта «ХОТОЛ», часть специалистов, работавших над ним, учредила новую фирму «Риэкшен Энжинес» («Reaction Engines Ltd.»), основным направлением деятельности которой является создание воздушно-космического самолета «Скайлон» («Skylon»). Конструкторам «Риэкшн Энджинес» не позволили использовать в своей работе задел по воздушно-реактивным двигателям «HOTOL RB454», поскольку они остаются секретными, поэтому им пришлось разработать новый двигатель «SABRE» («Synergic Air Breathing Engine»), работающий как воздушно-реактивный на скоростях до 5,5 Маха, а затем переключающийся в режим ЖРД.
Согласно проектным расчетам, «Скайлон», имея грузовой отсек 12,3 на 4,6 метра, может доставлять на экваториальную орбиту 12 тонн полезного груза или 9,5 тонны — к Международной космической станции.
В 1997 году проект «Скайлон» изучался Европейским Космическим агентством, как один из возможных вариантов перспективного орбитального транспортного средства Кроме того, обсуждалась возможность участия проекта «Сайлон» в конкурсе «Икс-Прайс» на создание туристического космоплана.
Общая стоимость реализации проекта «Скайлон» оценивается в 10 миллиардов долларов.
Немецкая космонавтика
Одним из первых космических проектов, связанных с пилотируемой космонавтикой и разрабатываемых на земле ФРГ, был проект одноступенчатого транспортного космического корабля многократного использования VETA.
Конструкция корабля базируется на технике и технологии ракеты «Сатурн-5» и отсеков кораблей «Аполлон». Считается, что основным преимуществом космического корабля «BETA» перед обычными ракетами является отсутствие сбрасываемых ступеней. Это позволяет запускать его со стартовых баз в европейских странах, а также производить посадку на площадки, не подготовленные для этой цели.
Кроме того, «ВЕТА» привлекает своей технической простотой и легкостью эксплуатации и обслуживания.
Конструкция космического корабля «BETA» отличается от конструкции обычной ракеты тем, что он имеет теплозащитный экран, шасси, а также малое отношение длины к диаметру.
Относительно большой диаметр корпуса корабля, равный 7,8 метра, обеспечивает снижение удельной нагрузки во время входа в атмосферу, а также более низкое расположение центра тяжести, что позволяет сохранять устойчивость в полете и при стоянке.
Требуемая стартовая тяга создается 12 ЖРД с камерами высокого давления.
Шасси рассчитано на скорость при контакте 8 м/с, затем она механически снижается до нуля. Шасси состоит из шести ног, но посадка безопасна и при наличии четырех ног (если две выйдут из строя).
Считается, что космический корабль «ВЕТА» имеет минимальные размеры для одноступенчатого аппарата многократного использования. «BETA» имеет стартовую массу 130 тонн, из которых 115 тонн приходится на топливо.
Номинальная масса полезного груза, выводимого на орбиту, равна 2,7 тонны. Если с корабля снять оборудование, необходимое для возвращения и посадки, то масса груза, выводимого на орбиту, возрастет до 4,2 тонны.
Конструкция корабля «BETA» позволяет устанавливать вторую ступень или специальный модуль с силовой установкой. При установке небольшой ступени с двигателем, развивающим тягу 1600 килограммов, можно доставить полезный груз массой 250 килограммов к планете Меркурий или вывести на геостационарную орбиту груз массой 700 килограммов.
Конструкторы полагали, что многократное использование корабля «BETA» снизит стоимость вывода на орбиту одного килограмма полезного груза до нескольких сот долларов.
Существенного улучшения характеристик одноступенчатого корабля можно достичь, модифицировав его в полутораступенчатый аппарат путем добавления внешних сбрасываемых баков.
Однако этот проект также не лишен некоторых недостатков.
Во-первых, стоимость сбрасываемых баков оказалась не такой низкой, как рассчитывали. Во-вторых, само сбрасывание баков и связанные с этим проблемы безопасности вдоль трассы неизбежно ведут к снижению оперативной универсальности, которая требуется от транспортного космического корабля.
Если «BETA» был кораблем традиционной ракетной схемы, то проект фирмы «Юнкерс» («Junkers»), представленный вниманию публики в 1965 году, основывался на схеме воздушного старта.
Над этим проектом, который финансировался правительством ФРГ, фирма работала с 1961 года.
Космическая система «Юнкерс» спроектирована в виде двухступенчатого космического самолета с параллельным расположением самолетных ступеней — по аналогии с проектом американской фирмы «Мартин». Силовые установки обеих ступеней работали на жидком водороде и кислороде.
Планировалось, что двухступенчатый космический самолет будет стартовать горизонтально с рельсовой катапульты и в момент разделения ступеней достигнет высоты 60 километров за 150 секунд. Нижняя ступень возвратится на базу планированием, вторая, меньшая, ступень разовьет первую космическую скорость и выйдет на орбиту высотой 300 километров.
Суммарный стартовый вес космической системы «Юнкере» — 200 тонн, орбитальная полезная нагрузка — 2,5 тонны.
Среди поздних проектов воздушно-космических аппаратов многоразового использования, разрабатываемых в Германии, особняком стоит проект «Зенгер» («Sanger»), названный так в честь немецкого конструктора Эйгена Зенгера, придумавшего бомбардировщик-«антипод».
«Зенгер» представляет собой перспективную двухступенчатую космическую систему — базовый аппарат в национальной технологической программе Германии по гиперзвуковым летательным аппаратам.
Практическая реализация программы «Зенгер» обеспечила бы европейским странам сравнительно дешевый и независимый от США доступ в космос с возможностью горизонтального старта с обычных воздушных взлетно-посадочных полос в Европе и непосредственного выведения полезного груза на любую заданную орбиту.
Применение в маршевых двигателях экологически чистых компонентов топлива — жидкого кислорода и жидкого водорода — исключает выброс в атмосферу вредных продуктов сгорания.
За период с 1984 по 1987 год проектных исследований по программе «Зенгер», выполненных фирмами «Мессершмитт-Бельков-Блом» («МВБ»), «Дорнье» («Dornje»), «МТУ» («MTU»), центром «ДФВЛР» («DFVLR») и авиакомпанией «Люфтганза» («Lufthansa»), изучен большой круг вопросов по аэродинамике, аэротермодинамике, управлению полетом, конструкциям и теплозащитным материалам и двигателям. Выполнены анализ и сравнение ряда вариантов летательного аппарата «Зенгер».
Габариты системы «Зенгер»: длина фюзеляжа — 81,3 метра, размах крыльев — 41,4 метра, полная масса — 340 тонн.
Первая ступень EHTV массой 259 тонн с максимальным (до 100 тонн) запасом водорода представляет собой двухкилевый самолет характерной стреловидной формы. Маршевая двигательная установка состоит из пяти комбинированных турбопрямоточных воздушно-реактивных двигателей. Умеренный нагрев конструкции ступени (не более 600 °C) при скорости 4–4,5 Маха позволил использовать титановые и алюминиево-литиевые сплавы. Особое внимание уделялось созданию бака жидкого водорода объемом более 1500 м³ с обеспечением максимального теплопритока от несущей конструкции фюзеляжа.
Первая ступень разрабатывалась с учетом унификации ее характеристик с характеристиками перспективного гиперзвукового пассажирского самолета. Дальность крейсерского полета самолета с 250 пассажирами на борту составляла 10 тысяч километров. Скорость полета до 4,5 Маха, высота полета — 25 километров. Самолет мог преодолеть за три часа расстояние от Франкфурта-на-Майне до Токио через Лос-Анджелес.
