Советский БОР – предшественник американского «Дримчайзера»

Создатели многоразового космического корабля Dream Chaser использовали советские технологии. Фото NASA

Американская компания Sierra Space начала сборку многоразового космического корабля Dream Chaser, созданного с использованием наработок для советского мини-шаттла БОР.

Соглашение о сотрудничестве Транспортное командование США и компания Sierra Space подписали 8 сентября. В его рамках планируют проработать концепцию доставки военных грузов при помощи космического корабля Dream Chaser и грузовых модулей Shooting Star.

Многоразовый Dream Chaser будет запускаться с космодрома при помощи ракеты, но приземляться на аэродром как самолет. «Мы планируем использовать эти технологии, чтобы добраться до любой точки земного шара в течение трех часов», – заявил Том Вайс, генеральный директор Sierra Space.

Dream Chaser создается по заказу НАСА и будет использоваться также для доставки грузов на МКС. Ныне грузы на МКС отправляют корабли «Прогресс МС», Cygnus, Dragon и H-II Transfer Vehicle (HTV).

Почему же в США для прототипа этого корабля использовали советский БОР (беспилотный орбитальный ракетоплан)?

БОМБЫ И МОДЕЛИ

Появление новых конструкционных и теплозащитных материалов, а также более мощных ракет-носителей позволило выдвинуть идею создания орбитальных самолетов с характерной особенностью – возможностью возвращать значительные грузы с орбиты с использованием подъемной силы.

Создание возвращаемых космических аппаратов, совершающих полет в атмосфере и посадку на взлетную полосу по-самолетному, потребовало высокой достоверности аэродинамических, тепловых и других исходных данных, используемых при разработке. Необходимы были летные эксперименты, уточняющие данные, полученные на наземных установках.

Одним из путей исследования по предложению доктора технических наук Владимира Уткина стал метод крупномасштабных летающих моделей.

Исследования на них стали проводиться в Летно-исследовательском институте имени Громова (ЛИИ) с конца 1940-х годов, когда возникла проблема освоения трансзвуковых летающих бомб – тяжелых корпусов, оснащенных небольшими крыльями различных профилей. Исследования проводились под руководством Ивана Остославского и Арсения Миронова. Бомбы сбрасывались с самолета и под действием силы тяжести разгонялись до звуковой скорости.

В 1950-х годах при помощи летающих моделей исследовались конкретные компоновки главных конструкторов Туполева, Лавочкина, Мясищева и Ильюшина. Модели оснащались пороховыми ускорителями и разгонялись уже до М=3–5, то есть втрое-впятеро превышали скорость звука.

Поэтому неудивительно, что когда возникла идея космических конструкций многоразового применения, ученые и инженеры опять обратились к летающим моделям. Одной из них стал экспериментальный аппарат БОР. Создавался он для исследования сверхзвуковых скоростей полета в интересах орбитального корабля авиационной космической системы «Спираль», а позже советского шаттла «Буран».

НЕСКОЛЬКО СЛОВ О «СПИРАЛИ»

Разработанная в ОКБ Микояна под руководством главного конструктора Глеба Лозино-Лозинского двухступенчатая воздушно-космическая система состояла из 52-тонного воздушного корабля-разгонщика и стартующего с его «спины» (на высоте 30 км) 10-тонного экспериментального пилотируемого орбитального самолета (ЭПОС) длиной 8 м и размахом крыла 7,4 м.

Дозвуковой аналог ЭПОСа, созданный в середине 1970-х (изделие 105.11), напоминал «Буран», но в миниатюре. У него, как у любого самолета, были крылья, хвостовое оперение, элероны, руль направления, балансировочный щиток. И только шасси выглядело необычно. Оно имело четыре стойки, разнесенные попарно вдоль фюзеляжа, на котором размещались не колеса, а металлические лыжи, с помощью которых аналог мог садиться на любой грунт. Подлеты на нем выполняли летчики-испытатели Игорь Волк, Валерий Меницкий, Александр Федотов и Авиард Фастовец.

Для исследования полета орбитального корабля в верхних слоях атмосферы и оценки температурных условий на его поверхности и были спроектированы БОРы – летающие модели в масштабах 1:3 и 1:2.

ДЕРЕВЯННЫЙ РАКЕТОПЛАН

Начало работ над БОРами было положено в ЛИИ еще в 1967 году. Предстояло изготовить аппарат весом до 800 кг и длиной около 3 м, который, отделившись от ракеты-носителя на скорости 3,7 км/с на высоте 100 км, совершил бы планирующий полет в атмосфере.

Тут же встала проблема тепловой защиты модели. Носовая часть ее должна была нагреваться до 1500–1600 Со. Специалисты в области аэродинамики выражали сомнение в возможности балансирования аппарата такой необычной схемы: несущий корпус на углах атаки, достигающих 45о.

За два года удалось спроектировать, изготовить и осуществить вместе с ракетчиками запуск ракеты с моделью БОРа. Результаты испытаний показали, что несущий корпус прекрасно балансируется на углах атаки, превышающих 60о.

Для выигрыша времени первая модель (БОР-1) представляла собой габаритно-весовой макет из дерева с начинкой телеметрической аппаратуры. Но первые научные результаты дала именно она, до начала ее обгара на высотах 60–70 км.

Позже в результате исследований в условиях полета на усовершенствованных крупномасштабных моделях БОР-2 и БОР-3 были уточнены балансировка, характеристики продольной устойчивости, получены экспериментальные данные по переходу ламинарного пограничного слоя в турбулентный, проведены обширные исследования аэродинамического нагрева, теплообмена и тепловой защиты различных элементов поверхности.

БОР – ПРЕДШЕСТВЕННИК «БУРАНА»

При создании орбитального корабля «Буран» многоразового использования возникла необходимость в получении реальных данных по аэродинамике, аэродинамическому нагреву и работоспособности новых теплозащитных материалов и элементов конструкций. Изучение проблемы показало, что невозможно решить эти задачи традиционным путем на крупномасштабной модели опытного вида. Поэтому в ЛИИ попытались экспериментировать на двух моделях.

Одна из них, БОР-4, представляла собой вариант аэродинамической компоновки аппарата с несущим корпусом, на котором воспроизводились по размерам, форме и конструкции реальные фрагменты передней части фюзеляжа. Модель предназначалась для исследования аэродинамического нагрева, теплообмена и тепловой защиты орбитального корабля в ситуациях, близких к условиям полета в атмосфере.

Исследования аэродинамического нагрева и испытания тепловой защиты проводились на высотах от 120 до 30 км при скорости полета от 7500 до 1200 м/с. БОР-4 выводился на орбиту с космодрома Капустин Яр спутниками серии «Космос».

При изготовлении модели БОР-4 много забот доставляла хрупкая теплозащита. Даже легкое прикосновение или постукивание пальцем оставляло на плитках вмятины, и их приходилось часто менять. Вот что припомнил об этом эксперименте один из старейших сотрудников ЛИИ Ильдус Ханов:

«Наконец все готово. БОР-4 установлен на ракетный носитель, который уже заправлен топливом. Старт предстоит ночной – необходимо, чтобы аппарат совершил посадку на рассвете и остался максимум времени на его поиски и спасение. Вывод модели на траекторию и отделение ее от носителя проходят нормально.

Связь прекращается, но всем нам кажется, будто «молчание» наступило рано. Бывалые испытатели успокаивают: на высоких траекториях так бывает часто. Остается ждать. Но вот приходит сообщение от руководителя испытаний Владычина о восстановлении связи – модель на траектории входа в атмосферу. Все системы в норме!

Теперь следует ответственный этап – полет в атмосфере с выведением в район посадки. Связь опять прерывается: изделие движется в плазме. Обстановка напряженная. Наконец срабатывает парашютная система, и БОР благополучно приземляется, вернее приводняется. Правда, координаты посадки расходятся с расчетными почти на 200 км. «Управленцы» расстроены. Генерал Лексин, державший связь с пунктом управления, разрядил обстановку: «Ну дайте, пожалуйста, другие координаты посадки, жалко, что ли?» Но вот приходит сообщение об обнаружении изделия, и все облегченно вздыхают».

НЛО В АВСТРАЛИИ

А в это время радиолокационные станции австралийских ВВС засекли неопознанный летающий объект. Двигался он по баллистической траектории с гиперзвуковой скоростью в район Кокосовых островов. По тревоге взмыли ввысь дежурные истребители, но перехватить НЛО не смогли: объект несся с огромной скоростью.

До того как погрузиться в воды Индийского океана, неизвестный объект был запечатлен мощной фотоаппаратурой. После приземления перехватчиков на авиабазе срочно проявили негативы. Фотографии стали достоянием зарубежной общественности, которая заявила: русские испытывают новое космическое оружие.

Вызванные эксперты-уфологи с удивлением увидели на снимках обгоревший летательный аппарат, напоминавший самолет. На борту просматривалась загадочная надпись БОР. Предположили, что это славянская аббревиатура. Так и оказалось.

Эксперимент удался благодаря созданию совершенной модели БОР-4, оснащенной системой управления, способной решать навигационные задачи и изменять положение аппарата в движении – как в условиях космоса, так и при полете в атмосфере. По существу, летающая модель отличалась от натурного аппарата лишь размерами, отсутствием на борту целевых систем, пониженными требованиями к надежности и удобствам эксплуатации.

БОР-4 были первыми отечественными воздушно-космическими летательными аппаратами, способными маневрировать в атмосфере с использованием аэродинамического качества несущего корпуса и имевшими аэродинамические рули.

Выбор сложной трассы полета БОР-4 в Индийский океан учитывал три основных требования: обеспечение максимальной безопасности, возможность посадки на воду для сохранности плиток теплозащиты и получение необходимой информации о траектории и работе бортовых систем. После первых полетов, когда появилась уверенность в надежности модели, район посадки перенесли в Черное море.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследования при помощи БОРов внесли существенный вклад в отработку конструкции теплозащиты многоразовых космических кораблей. Была оценена работоспособность новых теплозащитных материалов, элементов и узлов конструкции «углерод-углерод», многослойной плиточной и гибкой теплозащиты. Значительное внимание уделялось исследованию ионизации газа и прохождению радиоволн через плазму.

Летные исследования продолжались на крупномасштабной модели БОР-5, и результаты их вызвали некоторые изменения в компоновке орбитального корабля «Буран». В конце 1980-х намечались запуски аппаратов БОР-6 для исследования прохождения радиоволн через плазму, но после сокращения финансирования программу закрыли.

Один из БОРов стал прообразом космоплана, входящего в состав многоразовой суборбитальной космической системы для туристов C-XXI. Есть идеи о применении разработок БОРов для создания других многоразовых космических систем.

В процессе создания БОРов были разработаны конструкционные материалы, способные работать в условиях высоких температур. Сегодня алюминиево-литиевые сплавы, созданные во Всероссийском научно-исследовательском институте авиационных материалов, активно применяются американцами – в частности, на аналоге многоразового корабля «Дельта Клиппер». Он уже прошел серию испытаний.

Японцы запускают модели и макеты экспериментальных орбитальных самолетов с помощью ракет или аэростатов. Такие аппараты обычно имеют небольшие размеры: длина 2–3 м, ширина 1,5 м и вес до 200 кг. После отделения от носителя модель пролетает в космосе несколько сотен километров со скоростью до 4М, спускается в атмосфере и падает в океан. Все макеты внешне до неприличия напоминают БОРы, а методика их испытаний на 90% совпадает с советской.

Результаты исследования полетов наших мини-шаттлов до сих пор актуальны. Дело БОРов живет и еще долго будет жить.