Воздушный космодром для внеземных аппаратов

Авиация позволяет не привязывать запуск ракет-носителей к стационарным площадкам. Фото Ральфа Мантойфеля

Как ни крути, а XXI век – удивительное время, когда стремление к новым разработкам гармонично сочетается с проектами, по каким-то причинам не нашедшими применение десятки лет назад.

ВОЗДУШНЫЙ СТАРТ

Калифорнийская компания VirginOrbit заключила сделку с британской ArqitLimited, в рамках которой в 2023 году будут запущены два спутника связи с поддержкой уникальной технологии квантового шифрования QuantumCloud. Ноу-хау обещает обезопасить каналы связи любого сетевого устройства от текущих и будущих форм взлома. Предполагается, что выстроенная защита устоит, даже если атаки будут произведены с квантового компьютера.

Понятное дело, после таких заявлений государственные структуры и крупные компании не остались в стороне. В настоящее время система Arqit доставляет неограниченное количество ключей шифрования с использованием наземных систем связи, но за счет включения квантовых спутников Arqit может преобразить систему до неузнаваемости.

В частности, космические аппараты будут использовать новый квантовый протокол, который создаст основу ключей безопасности в центрах обработки данных клиентов Arqit по всему миру, а также квантовый эквивалент фаервола, защищающий эти центры обработки данных.

При этом VirginOrbit запустит спутники с помощью обкатанной системы «быстрого запуска» LauncherOne. Ракеты с полезным грузом будут стартовать не с наземного комплекса, а из-под крыла модифицированного самолета Boeing 747–400, который VirginOrbit ласково окрестила Cosmic Girl.

Британская компания активно наращивает объем заказов в государственном секторе, поэтому не исключено, что Virgin станет главным партнером в этой области, а запуски будут производиться с космодрома Корнуолл, где VirginOrbit начнет работу в 2022 году.

К слову, так называемый «быстрый запуск», для которого вместо ракеты-носителя используется самолет, не является новшеством. В далеком 1921 году выдающийся советский ученый Фридрих Цандер начал разработки прототипа аэрокосмической системы. Суть изобретения та же, что у известных ныне систем, только технологическая база и особенности другие.

КРЫЛЬЯ «ПЕГАСА»

В конце 1980-х в США использовалась аэрокосмическая система (АКС) Pegasus. В качестве носителя ракеты «Пегас» изначально использовался доработанный бомбардировщик B-52H, затем эту нишу занял лайнер Lockheed L-1011. Самолет с собственным именем Stargazer получил внешнюю подвеску для одной ракеты и различную аппаратуру для управления пуском.

Старты АКС Pegasus осуществлялись с нескольких площадок в США и за их пределами. Методика запуска достаточно проста. По сравнению с запуском ракеты-носителя она многоразовая и менее затратная: по сути, требовалась только модификация самого самолета да вместительный ангар.

Сам процесс запуска заключался в следующем: выйдя в заданный район, самолет-носитель занимал высоту 12 км, после чего осуществлялся сброс аппарата. После нескольких секунд планирования изделие Pegasus запускало двигатели первой ступени. Суммарное время работы трех двигателей составляло 220 сек, что позволяло вывести полезный груз на низкие околоземные орбиты. Груз мог быть как гражданского, так и военного назначения – стоит только вспомнить эксперимент по доставке МБР LGM-30 Minuteman IIIс помощью C-5 Galaxy в октябре 1974 года.

Воздушный старт обеспечивает экономию в массе ракеты за счет того, что часть скорости и высоты покрываются самолетом-носителем. Снижение массы ракеты достигается в этой системе еще и за счет установки жидкостных ракетных двигателей с вакуумными соплами первую ракетную ступень. Такие ЖРД обладают большим удельным импульсом, что, в свою очередь, позволяет убить сразу двух зайцев: и увеличить эффективность двигателя, и снизить вес ракеты.

МЕРТВЫЙ УГОЛ

При этом двигатели самолетов – от турбореактивных до гипотетических гиперзвуковых – сохраняют удельный импульс, превышающий показатели ЖРД на скорости до 10 Махов даже в условиях, когда самолет набирает скорость (удельный импульс обратно пропорционален скорости).

Но проблема в том, что чем выше самолет поднимается, тем больше нагрузка на конструкцию. Из-за падения давления воздуха на высоте скорость сваливания самолета начинает расти, при этом скорость звука, наоборот, начинает падать. Это означает, что над верхней поверхностью крыла воздушный поток начинает вихриться, и самолет теряет подъемную силу, при этом резко подскакивает лобовое сопротивление. В конечном счете самолет, достигнув так называемого «мертвого угла», теряет управление и при уходе в разворот сваливается в штопор.

Рассмотрим в качестве образца высотный разведывательный самолет Lockheed U-2, чей потолок достигает 21 км. При крейсерской скорости в 805 км/ч у него безопасное окно скорости составляло всего 19 км/ч (а после модернизации – и того меньше). Если выйти за лимит, можно не просто свалиться в штопор, но и попрощаться с самолетом – конструкция попросту разрушится из-за перегрузки. Для человека дело тоже кончается плачевно – в ходе испытаний U-2 ВВС США лишились трех пилотов.

И если для стратегического разведчика риск угодить в «мертвый угол» – неприятная рутина, то для коммерческого и военного воздушного старта – непозволительная роскошь. Собственно, по этой причине все современные проекты воздушного старта ограничиваются практическим потолком транспортных самолетов, составляющим около 10–12 км. А поскольку на этой высоте эффективность вакуумного сопла ЖРД все еще падает, то решения с учетом технологических и экономических возможностей пока только два: или использовать высотные двигатели, выдерживающие большие перепады высот, или пристраивать к самолету специальную ракету-носитель. Второй вариант кажется менее затратным во всех отношениях. Да и сохранение универсальности и многозадачности воздушного носителя тоже важно.

«МРИЯ» и «АТЛАНТ»

В советской практике идеальным кандидатом на роль доставщика был Ан-225 «Мрия», хотя изначально целью его создания была перевозка компонентов ракеты-носителя и космического корабля от места производства и сборки к месту старта. Однако грузоподъемность «Мрии», превышающая 250 т, позволила самолету на практике стать первой ступенью воздушного старта легендарного челнока «Буран».

Очень перспективным был и ВМ-Т «Атлант», но в 1990 году программа была свернута за неимением финансов и, откровенно говоря, интереса со стороны руководства – на дворе заключительный этап перестройки и уже маячащий развал СССР. Впереди была целая череда унизительных односторонних уступок Западу, где на радостях даже чуть не ввели в официальный оборот награду «За победу в холодной войне»: этакий реверанс армейским традициям, подразумевающим выпускать мемориальные награды для участников военных кампаний.

К слову, господин Горбачев тоже получил медальку – Джордж Буш-старший презентовал единственному за всю историю советскому президенту Филадельфийскую медаль Свободы с барского плеча. Однако вернемся к системам запуска.

ПОСТСОВЕТСКИЙ КОСМОС

После распада Советского Союза было не до возрождения или «перезагрузки» аэрокосмического проекта. Сверху активно внедрялась демократизация и происходил передел казны, а снизу давили разруха и безысходность.

Для тех, кто родился после 90-х, подходящей иллюстрацией послужит ситуация на Украине после так называемой «революции гидности» 2014 года. Разница лишь в том, что тогда в России еще и царила настолько высокая инфляция, что миллионеров было как собак нерезаных, но хлеб купить не на что. Тогда же, кстати, плодились мифы о русских как о «нации алкоголиков». При виде спивающихся людей, при виде академиков, вынужденных «толкать» и челночить, при виде офицерских жен, одетых в меха и золото, но остервенело давящих друг друга за шоколадку из рук американского офицера, и не такое подумается.

Стратегические же предприятия в ельцинскую эпоху оказались ровнехонько между молотом и наковальней. И при Путине потребовалось немало времени и вложений, прежде чем удалось оправиться. Конечно, о возрождении говорить рано – в конце концов Рим не один день строился. Но кое-какие достижения есть, в том числе и по части реинкарнации советских проектов, загубленных в годы перестройки.

РОССИЙСКИЕ КАНДИДАТЫ

В современных реалиях функции «воздушного доставщика» могут быть возложены на модернизированный Ил-76, как это предполагается в проекте «Вьюга», разрабатываемом при поддержке фонда «Сколково». От военно-транспортных самолетов Ан-124 «Руслан» и Ан-225 «Мрия» было решено отказаться, поскольку требования к грузоподъемности весьма скромные – предполагается вывод всего полтонны ценного груза.

В этом отношении очень выигрышным был бы ракетоносец Ту-160, однако авиапарк данного типа слишком малочисленный. Круг претендентов сузился до высотного разведчика М-55Х «Геофизика», МиГ-31 и Ил-76. Однако вскоре выяснилось, что «Геофизика» и МиГ-31 не могут использоваться в качестве самолета-разгонщика. Расчеты показали, что эти самолеты, хотя и обладают высоким практическим потолком, не могут нести достаточный объем груза. При их использовании максимальная полезная нагрузка «Вьюги» составляла бы 50–60 кг – примерно десятую долю изначально заданной грузоподъемности.

Поэтому внимание сосредоточено на модификации Ил-76. На верхней поверхности фюзеляжа благодаря специальной ферме появляются несколько узлов для стыковки с первой ступенью ракетной системы. Таким образом предполагается связать самолет-носитель с другими элементами комплекса. При этом крепления должны иметь системы управления, позволяющие сбросить ракету в нужный момент.

Если «Вьюгу» удастся реализовать, это пойдет на пользу авиакосмической отрасли и расширит ее возможности – благо, опыт разработок в этой области присутствует. Здесь главное – не упустить момент. Тем более что в мире возрастает спрос на средства воздушно-космического нападения. А ропот бывших «партнеров» касательно «несправедливо» огромной территории нашей страны, которую им хочется – как в фантазиях Шарикова – «взять и поделить», может перерасти в действие.