Антон Первушин – Битва за звезды: Космическое противостояние (страница 98)
Многоразовый космический корабль «Гермес» представляет собой воздушно-космический самолет с низкорасположенным крылом большой стреловидности в плане, выполненный по аэродинамической схеме «бесхвостка».
Как и у других известных воздушно-космических самолетов, крыло имеет тупую лобовую кромку с большим радиусом закругления и оснащено односекционными элевонами. Законцовки крыла плавно переходят в концевые шайбы, являющиеся по сути разнесенным двухкилевым оперением, оснащенным рулями направления. В задней части фюзеляжа установлен ставший уже традиционным для таких аппаратов балансировочный щиток.
Теплозащита использует апробированные теплоизоляционные материалы нескольких типов, расположенные на корпусе в соответствии с максимальными рабочими температурами поверхности. В зонах наибольшего нагрева (более 1400 °C) предполагалось использование углеродных композиционных материалов на основе углеродной матрицы, в других местах — теплозащитные плитки на основе карбида кремния и гибкие теплозащитные покрытия.
Процесс выбора облика воздушно-космического самолета протекал долго и трудно — несколько раз проект коренным образом пересматривался. Однако и последняя версия «Гермеса» не является оптимальной. Конструкторам так и не удалось полностью скомпоновать многоразовый космический корабль: из-за жестких весовых лимитов выбранной схемы целый ряд систем, используемых в орбитальном полете, пришлось вынести в одноразовый, сбрасываемый перед спуском с орбиты ресурсный модуль, играющий роль своеобразного служебно-агрегатного отсека. Этот же ресурсный модуль должен использоваться в качестве шлюзовой камеры при выходах членов экипажа в открытый космос. Таким образом, назвать корабль «Гермес» многоразовым, как «Спейс Шаттл» или «Буран», нельзя.
К недостаткам воздушно-космического самолета «Гермес» можно отнести и отсутствие негерметичного отсека полезного груза, что серьезно снижает возможности использования самолета для транспортных операций; таким образом габариты доставляемого на орбиту груза ограничены размерами (просветом) люка стыковочного узла. После катастрофы корабля «Челленджер» проект подвергся коренной переработке — количество членов экипажа было сокращено до трех, каждое рабочее место предусматривало оснащение катапультируемыми креслом, разработанным на основе катапультируемого кресла «К–36» корабля «Буран».
Выведение «Гермеса» на орбиту планировалось осуществлять ракетой-носителем «Ариан–5», запускаемой с космодрома Куру во Французской Гвиане. В стартовом положении он размещается сверху носителя. Боковая дальность при возвращении корабля на Землю с орбиты должна составить 1500–2000 километров. Полная масса орбитального корабля — 21 тонна, сухой конструкции — 13,9 тонны. Полезный груз может весить 3 тонны.
Благодаря широкому сотрудничеству в космической области между Советским Союзом и Францией французы в своем проекте широко использовали советский научно-технический задел. В частности, отряд французских «спасьонавтов» прошел полный курс обучения по методикам полетов на воздушно-космических самолетах. В системе теплозащиты «Гермеса» предполагалось использовать покрытия, разработанные для «Бурана». Французами использовались советские методики гиперзвуковых аэродинамических расчетов.
В первой половине 90-х годов проектанты «Гермеса» зашли в тупик: с одной стороны им не удалось уложиться в жесткие весовые лимиты, с другой — в процессе проектирования ракеты «Ариан–5» расчетная масса выводимой полезной нагрузки постоянно уменьшалась и в конечном итоге стала ниже допустимой для вывода воздушно-космического самолета на орбиту. Возникла необходимость перепроектировать «Гермес», что требовало дополнительного финансирования. Однако денег не нашлось, и проект был закрыт.
Британская космонавтика
В 1965 году британские конструкторы предложили проект трехэлементного воздушно-космического корабля «Мустард» («Mustard»), предназначенного для вывода полезного груза массой около 3 тонн на полярную орбиту высотой около 550 километров.
«Мустард» состоит из трех пилотируемых ступеней, аналогичных по конструкции и геометрическим размерам Масса каждой ступени около 137 тонн. Одна из ступеней выводится на околоземную орбиту, а две другие выполняют функции разгонных и являются носителями топлива.
Промежуточная орбита высотой 185 километров используется для запуска орбитальной ступени на расчетную орбиту, а также при сходе аппарата с орбиты перед входом в плотные слои атмосферы.
После выполнения своих функций ступени входят в атмосферу аналогично самолету и возвращаются в район старта.
Двигательная установка каждой ступени состоит из четырех ракетных двигателей, работающих на жидких водороде и кислороде. Кроме того, для возвращения в район старта на ступенях устанавливаются турбореактивные двигатели, также работающие на криогенном топливе. Центральный бак для жидкого кислорода выполнен из стали, а баки для жидкого водорода — из титана. Между баком жидкого водорода и нижней поверхностью конструкции ступени проложена изолирующая прокладка.
Проблема балансировки ступени в зависимости от вида полезного груза решается путем соответствующей загрузки двух грузовых отсеков, один из которых расположен внизу под отсеком экипажа, а другой — в зоне силового каркаса крепления двигателя между баком окислителя и двигателями.
Первый отсек предполагается использовать при полете на орбиту, а второй — при возвращении ступени с орбиты.
Двигательные установки всех трех ступеней при старте включаются одновременно. При этом возможны два варианта питания ступеней топливом. По первому варианту разгонные ступени питают топливом двигательную установку ступени, предназначенной для выхода на орбиту. По второму варианту двигательные установки всех трех ступеней работают на топливе из своих баков, выводят аппарат на орбиту высотой 55,5 километра при скорости 2 км/с.
Во время непродолжительного полета в баки ступени, предназначенной для выхода на орбиту, перекачивается топливо из разгонных ступеней, что приводит к некоторой потере скорости. Однако в конструктивном отношении вариант перекачки является более простым, чем подача топлива в орбитальную ступень с момента пуска. После разделения трех ступеней обе разгонные ступени входят в атмосферу и разворачиваются в направлении к месту пуска. При дозвуковой скорости полета запускается ТРД и ступень совершает полет к месту посадки. Дальность полета на крейсерском режиме достигает 600 километров.
На третьей ступени, после ее отделения, повторно включается двигательная установка, и ступень осуществляет полет на расчетную орбиту. Для маневрирования на орбите в баках имеется дополнительный запас топлива.
После выполнения задания (встречи и стыковки на орбите и осуществления необходимых погрузочно-разгрузочных операций) ступень тормозится до требуемой скорости. Затем происходит слив остатка топлива из специальных баков и ступень возвращается на Землю. Угол атаки при входе в атмосферу составляет приблизительно 40°.
В зарубежной печати сообщалось, что стоимость трехэлементного корабля «Мустард» сравнительно невысока, так как все три ступени аналогичны по конструкции.
Как полагают специалисты, до проведения первого капитального ремонта разгонные ступени можно использовать до 200 раз, а орбитальную ступень — до 25 раз.
Работы по программе «ХОТОЛ» («HOTOL») были начаты в 1982 году, когда английские фирмы «Бритиш аэроспейс» и «Роллс-Ройс» в инициативном порядке провели поисковые проектные исследования по одноступенчатым аппаратам с горизонтальными взлетом и посадкой и по маршевым двигателям для них. В результате был предложен проект многоразового беспилотного аппарата «ХОТОЛ», основными назначениями которого являются выведение спутников на низкую орбиту и материально-техническое обеспечение космической станции, включая доставку космонавтов в пилотируемой капсуле, размещаемой в грузовом отсеке.
Высокая экономичность системы «ХОТОЛ» достигается за счет исключения из его конструкции элементов и систем одноразового использования и сокращения затрат на предполетные операции. Значительную экономию эксплуатационных расходов дает практически полная автономия полетных операций, обеспечиваемая бортовыми радиоэлектронными системами.
Габариты беспилотного орбитального самолета «ХОТОЛ»: длина — 62 метра, размах крыла — 20 метров, диаметр фюзеляжа — 5,7 метра, взлетная масса — 250 тонн, посадочная масса — 34–47 тонн, масса полезного груза на орбите высотой 300 километров — 11 тонн.
Предполагается, что стартовать «ХОТОЛ» будет либо с разгонной аэродромной тележки, либо с самолета-носителя.
Длина взлетной полосы — от 2,3 до 4 километров. Эксплуата ционный ресурс — 120 полетов.
Особый интерес в конструкции орбитального самолета «ХОТОЛ» представляет маршевая кислородно-водородная двигательная установка «HOTOL RB454», способная функционировать последовательно в режимах воздушно-реактивного и жидкостного двигателей. С момента старта и до высоты 28 километров (скорость — 5 Махов) в течение 9 минут двигатель работает в режиме воздушного с использованием атмосферного воздуха, сильно охлажденного бортовыми средствами, а затем, до высоты 90 километров, — в режиме жидкостного двигателя. Довыведение полезного груза на расчетную орбиту осуществляется с помощью кислородно-водородной двигательной установки орбитального маневрирования.