…продолжение
Двигатели малой тяги
Создавались не только ядерные двигатели. Работы велись также и по другим направлениям в области двигателестроения. Одним из таких направлений были и упоминавшиеся выше, электроракетные двигатели, которые советские ученые начали проектировать и испытывать ещё в тридцатые годы во времена ГИРД. Начало этим работам положил В.П. Глушко. Человек, создавший, впоследствии, двигатели для многих из наших ракет-носителей.
С запуском первого Искусственного Спутника Земли работы по созданию таких двигателей были поставлены на промышленную основу. Обладая скоростями истечения в сотни и тысячи километров в секунду, они теоретически могли бы разогнать аппарат до скоростей ранее невиданных, доставить грузы за вполне приемлемые сроки до самых дальних уголков Солнечной системы. Очень важно и то, что по сравнению с химическими, они обладали огромной экономичностью. Но у них был также и существенный недостаток – большое потребление электроэнергии, что означало необходимость наличия на борту очень мощной и компактной электростанции. Такая электростанция, также как и ЯРД, была создана — ядерный реактор серии «Топаз».
Аналогичные же работы велись и в США — реакторы класса SNEP.Но, по признанию самих американских учёных, наш «Топаз» по своим характеристикам далеко обогнал штатовские аналоги. Мы и здесь были первыми в космических технологиях.
Электростанцией могли быть и солнечные батареи. Но для этого эти батареи должны иметь очень высокий КПД. Наши советские учёные решили и эту проблему, намного обогнав в этом, своих американских коллег. В семидесятые годы были разработаны солнечные батареи с фантастическим по тем временам КПД – 25% на основе арсенида галлия, которые впоследствии применялись для электропитания на наших орбитальных станциях «Салют-7» и «Мир-1».
Получив приемлемый для космических аппаратов источник питания, можно было говорить и о создании серьёзных двигателей малой тяги. В том числе и двигателей для совершения межпланетных экспедиций. Был даже разработан проект экспедиции на Марс с применением двигателей малой тяги.
Эти двигатели также планировались для применения в широком спектре дешевых народнохозяйственных спутников или для коррекции орбиты и ориентации больших космических аппаратов. Для этих задач, ещё в 1966-1971гг, в рамках программы «Янтарь», было запущено несколько спутников с электроракетными двигателями. 4ионосферных лаборатории запускались на высоту до 400 км по баллистическим траекториям. Испытывались плазменно-ионные двигатели на аргоне (40км/с), азоте(120 км/с), воздухе (140км/с)Испытания прошли успешно. Многие из испытывавшихся электроракетных двигателей нашли широкое применение на различных спутниках, например, на спутниках связи.
Многоразовые транспортные космические системы
Для чего они нужны?
Первый рывок в космос, вывод первых спутников земли, первые полёты человека в космос и на Луну совершались на одноразовых ракетах, которые потом падали в виде металлолома на землю или сгорали в верхних слоях атмосферы. Большинство спутников и космических аппаратов по сию пору именно так и запускается.
Причин такому очень много. Главная из них состоит в том, что для создания многоразового корабля нужно решить исключительно сложные научно-технические проблемы.
Сейчас вывод одного килограмма полезной нагрузки стоит на разных носителях от 800 (РН «Протон») до 2000$ (“Шаттл”). Если бы удалось решить проблему хотя бы ограниченной многоразовости носителя, эту цену можно было бы уменьшить в разы, а для некоторых систем в десятки раз.
Но многоразовая система — это очень хорошо, но она явно будет не скоро. Однако, задачи по освоению космоса надо решать сейчас. Поэтому, прогресс в этой области надолго задержался на создании одноразовых носителей. Их создание – уже очень давно и хорошо отработанная система, к тому же можно использовать для запусков снимаемые с боевого дежурства МБР. Заменить боеголовку на спутник – не такая уж и большая проблема, но большая экономия.
К настоящему времени было сделано несколько попыток создания многоразовых космических систем. Первая попытка, из тех, что была доведена до создания реально действующего многоразового космического корабля – американский челнок «Шаттл». К великому сожалению создателей, его эксплуатация совершенно не оправдала возлагаювшиеся на него надежды.
Во-первых, стоимость доставки грузов на орбиту с помощью «Шаттла» была больше, чем у носителей одноразовых.
Во-вторых, две страшные катастрофы с челноками «Челленджер» и «Колумбия», показали низкую их надёжность.
В третьих, По сравнению с одноразовыми носителями КПД «Шаттла» слишком ниже в несколько раз из-за неудачной конструкции всей системы.
Эти недостатки весьма серьёзно перекрывают все неоспоримые достоинства, которых у «Шаттла» два.
Первое: то, что он может садиться на строго заданную ВВП Точность посадки спускаемого аппарата обычного КК – эллипс длиной до 120 км. Из-за этой неприятности некоторые спускаемые аппараты автоматических космических лабораторий (в том числе и в СССР) были безвозвратно потеряны – они не найдены до сих пор.
Второе: «Шаттл» может возвращать большие грузы (хотя бы те же спутники и небольшие орбитальные станции) с орбиты на Землю. Вес этого груза – до 20 тонн.
Варианты МВКС
Расшифровка аббревиатуры МВКС – Многоразовая Воздушно-Космическая Система.
На настоящее время есть несколько вариантов, которые приемлемы для создания МВКС. Если отбросить условно-многоразовые варианты, такие как Шаттл, у которого есть одноразовый элемент – большой топливный бак, то схем остаётся всего три:
Первая – двухступенчатая система, состоящая из самолёта-носителя, разгоняющего орбитальный самолёт до нужной скорости, ориентирующая его в плоскости орбиты и самого орбитального самолёта. Эта схема была применена в советских проектах МВКС «Спираль» и «МАКС». Эта же схема присутствует в перспективных проектах Западной Европы – «Зенгер» и Англии – «Хотол». По сути это схема двухступенчатой ракеты-носителя, но в применении для самолётов.
Вторая – схема полностью одноступенчатая. Многоразовый космический самолёт, способный взлетать и садиться на обычном аэродроме. Эта схема предполагает создание специфического типа воздушно-реактивных двигателей – прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД).
Третья – многоразовая одноступенчатая ракета-носитель, садящаяся на подготовленную площадку с помощью своих собственных ракетных двигателей или с помощью парашюта. Схема получила своё название по весьма сильно разрекламированному в мире, но так до сих пор и не осуществлённому американскому проекту – «Дельта-Клипер».
Проекты «Спираль» и МАКС
Проект «Спираль», имеет своего предшественника – ракетоплан «Лапоток». Он разрабатывался в КБ Королёва как один из возможных вариантов аппарата для первого полёта человека в космос. Сам ракетоплан должен был запускаться обычной ракетой-носителем, его крылья должны были быть сложены почти весь полёт. Ракетоплан защищён металлическим щитом, который после прохождения основной части траектории торможения на спуске отбрасывается. Тогда разворачивались плоскости крыльев и он планировал вниз, садясь как самолет. От проекта отказались из-за долгих сроков разработки, но отказались временно, так как выгоды, которые сулило использование многоразового орбитального объекта, были исключительно велики.
Все разработки в этом направлении были переданы в следующий проект – «Спираль», космоплан которого изображен на баннере сайта «Русский Проект». Проект «Спираль» разрабатывался КБ Лозино-Лозинского. По идее создателей сверхзвуковой самолёт-носитель поднимал в воздух и разгонял до сверхзвуковой скорости сцепку ракетный ускоритель – космоплан. После того, как самолёт носитель выйдет в плоскость будущей орбиты космоплана, поднимется до необходимой высоты и разгонится до максимальной, для носителя скорости – связка отцепляется и разгоняет космоплан до орбитальной скорости.
На орбите одноразовый ускоритель должен был сбрасываться, сгорая в атмосфере. Космоплан добирает оставшиеся десятки метров в секунду скорости до орбитальной и выходит на заданную орбиту. После выполнения орбитальных операций космоплан сходит с неё, маневрирует в атмосфере и садится по самолётному на обычный аэродром.
Система «Спираль» могла быть использована для вывода не только многоразового космического корабля, но и для вывода одноразовых спутников на низкую орбиту. Это делало систему универсальной, и существенно повышало её экономическую эффективность, так как при этом заменялись, более экономичной системой, одноразовые ракетоносители соответствующего класса.
Из-за раздоров в советском руководстве по поводу приоритетов проект не был дофинансирован и доведён до конца. Однако самолёт-носитель был почти завершён и его использовали для создания первого в мире пассажирского сверхзвукового самолёта Ту-144.
Фото Ту-144
Учитывая исключительную важность многоразовых орбитальных аппаратов, работы в этом направлении всё равно не были прекращены. В начале восьмидесятых, это вылилось в испытательные пуски макетов (в размере 1:10) ракетопланов поименованных «Бор-1» — «Бор-5».
Эти космопланы не пошли в дальнейшую разработку, а были использованы для создания космоплана «Буран». Однако система «Энергия-Буран» разрабатывалась под очень большие грузы, а для небольших, но частых задач ее использовать было очень накладно. Поэтому были продолжены разработки небольшого многоразового орбитального самолёта, способного доставлять на орбиту и с орбиты грузы в несколько тонн, обслуживать орбитальные станции, доставлять на орбиту и с орбиты их экипажи.
При этом проект «Спираль» был преобразован в проект МАКС – Многоразовую Авиационно-Космическую Систему.
Прогресс в ракетостроении позволил сделать самолёт-носитель дозвуковым с гораздо большей грузоподъемностью, в сущности он стал летающим космодромом, поднимающим на нужную высоту и разгоняя до необходимой начальной скорости космоплан с большим топливным баком.
Рис. МАКС
Самолёт-носитель проектировался так, что в свободное от космических пусков время, он мог использоваться и для простых грузовых авиаперевозок. Огромная грузоподъёмность(500т) делала его востребованным во многих отраслях, например такой самолёт мог доставить целиком собранный ректификационную колонну для химзавода или перевозти целую мини-АЭС из европейской части СССР на Камчатку.
Также как и «Спираль», система МАКС могла доставлять на орбиту не только космоплан, но и груз до 18 т, например модуль станции или блок спутников, забирать спутники и другие грузы с орбиты, таким образом она превращалась в систему совершенно уникальную по своей универсальности.
Проект МАКС мог настолько сильно удешевить доставку грузов на орбиту, что стали бы рентабельными задачи, которые нынче не имеет смысла выполнять из-за дорогой доставки на орбиту.
Этот проект нёс серьёзную угрозу коммерческим интересам фирм США занятым коммерческими пусками ИСЗ, делая возможными запуски по цене в десятки раз меньшей, чем требуют американцы.
Проект МАКС также нанёс бы и сокрушительный удар по американской Стратегической Оборонной Инициативе. Если на создание аналогичных систем СССР тратил бы в десятки раз меньшие суммы, то даже такой сверхбогатой стране как США, соревноваться в гонке космических вооружений стало бы не по силам. США попадали в ту самую яму, что копали для СССР (они надеялись разорить СССР гонкой космических вооружений).
К сожалению, предательство Горбачёва, и последующий развал экономики страны под видом рыночных реформам, остановил создание системы, буквально в миллиметре от финиша – на заводе была уже начата сборка ракетоплана, но обрыв финансирования так и оставил его незавершённым.
Модель МАКС
А ведь для завершения требовалось всего-ничего. По сравнению с тем, что тратят впустую на увеселения наши олигархи в нашей «свободной» Россиянии – это ничто. Но суть в том, что «им» система МАКС не нужна, как впрочем и другие.
Система «Энергия-Буран»
— Твердо знаю, чего мы делать точно НЕ будем — не будем копировать американский «Шаттл»!
академик В.П. Глушко, май 1974 г.
Начало разработки проекта «Энергия-Буран» — 1974 год. Планировалось его использование в качестве транспортного средства в составе орбитальных комплексов «Мир» и «Мир-2».
Поначалу эта система планировалась как советское «повторение» аналогичной американской многоразовой системы «Спейс Шаттл». Проект назывался ОС-120.
«Буран-Энергия»
В результате последующей работы появился вариант с орбитальным кораблём ОС-92, «переросший» затем в известный всему миру «Буран».
Изучив недостатки системы «Шаттл», наши руководители страны наконец-то вняли на призывы Глушко, и не стали повторять их систему. Да и повторять для нашей космической отрасли, чужие достижения было весьма как-то против традиций. Поэтому и создали новое – ракету-носитель тяжёлого класса, с частично многоразовыми элементами и корабль с достоинствами «Шаттла», но без его недостатков.
Система получалась такая, что РН могла доставлять на орбиту не только космический самолёт, но и другие грузы до 100 т. Кроме этого, бустеры для «Энергии» были сделаны прямо под эту систему, и с перспективой превращения их в многоразовые (те, странные наплывы на бустерах, что вы можете наблюдать на фото «Энергии-Бурана» есть ни что иное как обтекатели системы спасения ступени). То есть получалась не просто новая, а универсальная система, намного превосходящая американскую в техническом плане. Например, Буран» мог автоматически садиться на аэродром и был много безопаснее «Шаттла».
Увидев технические преимущества «Бурана», американцы тут же начали копировать советские технические решения — НАСА создало проект РН, где в котором орбитальный корабль заменялся одноразовым блоком. Но наши инженеры далеко обошли своих американских коллег: для «Энергии» был предусмотрен вариант с гораздо большей грузоподъёмностью – вариант «Вулкан». При присоединении к центральному блоку не четырёх, как для «Энергии», а восьми бустеров, получалась ракета-носитель с грузоподьёмностью в 200т!
Пока для американцев это лишь область мечтаний, а у нас уже есть вполне нормальная РН.
Подробно об эпопее с «Буран» см. http://www.buran.ru/
Начало летных испытаний — 1988 год. 15 ноября 1988 года «Буран» был выведен на орбиту в беспилотном варианте. Совершив 2 неполных витка вокруг Земли и выполнив необходимые маневры, орбитальный самолет приземлился на специальной посадочной полосе на космодроме «Байконур».
Фото посадки «Бурана».
Это был его единственный космический полет.
Рис.Буран
Основные характеристики «Бурана»:
Длина — 36,4м
Общая высота — 16,45м
Размах крыльев — 23,9м
Диаметр фюзеляжа — 5,6м
Размеры отсека полезного груза — 4,7х18,3м
Максимальная стартовая масса — 105т
Посадочная масса — 82т
Макс. масса доставляемого на орбиту груза — 30т
Макс. масса груза возвращаемого с орбиты — 20т
Продолжительность полета — от 7 до 30 суток
Экипаж — от 2 до 7 чел.
Комплекс «Мрия-Буран» в полете
Рис. Старт ракеты-носителя «Вулкан» (взято на http://www.buran.ru/. )
Подробно об системах «Спираль»,МАКС, «Энергия-Буран» и их создателях см. на сайте http://www.buran.ru/.
В начале 90-х годов программа «Буран» была закрыта. Очередной блестящий советский проект был убит предателями страны.
Продолжение следует…
ruproject.org
Интересные статьи в сети