В этот день… №3-04 (1-10 декабря)



Александр Грищенко Как долго может ждать своего воплощения техническая идея? В 60-е годы прошлого века в Советском Союзе существовала программа воздушно-космической системы «Спираль». Она так и не была реализована, но сегодня, после почти пятидесяти лет забвения, уже не в СССР, а в США вернулись к этой идее.
 

 
5 декабря 1980 года – первый суборбитальный запуск аппарата «БОР-4» (СССР).

В 1974 году в СССР начались работы по созданию многоразовой ракетно-космической системы аналогичной американскому Шаттлу. 17 февраля 1976 года вышло постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР №132-51 о разработке советской многоразовой космической системы «Рубин» (будущий «Буран»), включавшей орбитальный самолёт, ракету-носитель, стартовый комплекс, посадочный комплекс, специальный комплекс наземного оборудования, командно-измерительный комплекс, поисково-спасательный комплекс.

В соответствии с этим постановлением, в Министерстве авиационной промышленности было организовано Научно-производственное объединение «Молния» во главе с авиаконструктором Глебом Евгеньевичем Лозино-Лозинским, занимавшемся в ОКБ А. М. Микояна созданием космоплана «Спираль» (об этой программе надеемся рассказать в последующих обзорах). На НПО «Молния» возлагались задачи по разработке орбитальной ступени самолётной схемы. Само изготовление и сборка планера, создание наземных средств его подготовки и испытаний, а также воздушная транспортировка планера, корабля и ракетных блоков были поручены Тушинскому машиностроительному заводу.

Так должен был выглядеть орбитальный самолёт ВКС «Спираль»Именно в рамках программы создания КК «Буран» были использованы готовые аппараты «БОР». Беспилотные орбитальные ракетопланы («БОР») создавались с целью уточнения результатов аэродинамических исследований, характеристик устойчивости и управляемости орбитального самолёта воздушно-космической системы (ВКС) «Спираль» на различных участках полёта и изучения свойств новых материалов теплозащиты. Они представляли собой модели орбитального самолёта, выполненные в масштабе 1:3 и 1:2.

Так, «БОР-1» был изготовлен в масштабе 1:3 (длина 3 метра) целиком из дерева и его масса составляла 800 кг. «БОР-1» был запущен РН «Космос-2» (11К65) 15 июля 1969 года на высоту 100 км и сгорел при входе в атмосферу. Но ещё до начала горения, на высоте 70 км, радиотелеметрия донесла до Земли множество ценной информации. На основании этого запуска был сделан вывод, что выбранная форма корпуса обеспечивает устойчивый управляемый спуск.

«БОР-2» и «БОР-3», изготовленные в масштабе 1:3 и 1:2 соответственно, были выполнены из металла и имели программное управление. Эти аппараты запускались из Капустина Яра в сторону полигона в Сары-Шагане (Казахстан) тем же носителем «Космос-3М».

РН «Космос-3М»Существенно доработанный «БОР-4» предназначался для отработки новой системы теплозащиты, близкой по характеристикам к теплозащите «Бурана». Для многоразового КК нужно было создать надёжное и технологичное многоразовое теплозащитное покрытие (ТЗП) различных типов: лёгкую керамическую плитку и гибкую войлочную теплозащиту, покрывающие основную поверхность корабля, и жаростойкую конструкцию из композиционного материала «углерод-углерод» для применения в носовой части и на передних кромках крыла. Высокая сложность и стоимость создания и лётных испытаний корабля требовала соответствующего подхода к отработке всех систем, и в особенности теплозащиты. Новое ТЗП испытывалось в три этапа: в наземных условиях, в лётных испытаниях на самолётах-лабораториях и на летающих орбитальных моделях в космосе. В качестве «космической лаборатории» был принят экспериментальный аппарат «БОР-4».

Он представлял собой беспилотный экспериментальный аппарат, являющийся уменьшенной копией (1:3) пилотируемого воздушно-космического самолёта системы «Спираль» и был выполнен по аэродинамической схеме «несущий корпус». Габариты модели «БОР-4» были следующие: длина – 2,86 м, размах крыла – 2,6  м, стартовая масса – 1074 кг, масса после возвращения – 795 кг. Аппарат со скошенным вверх крылом был оснащён двигателями газовой стабилизации, блоками автономного управления, термозащитным экраном и сбрасываемой тормозной двигательной установкой, осуществляющей сход с орбиты.
Телеметрическая система, которой был оснащён «БОР-4», записывала информацию в бортовое запоминающее устройство и передавала в пакетном режиме при пролёте над двумя кораблями космического слежения, а при спуске – на наземный приёмный пункт. Измерения шли от 150 термопар, установленных на дюралевой обшивке под теплозащитными плитками, а также под внешним покрытием плиток на глубине 0,3 мм. Телеметрировались показания акселерометров, индикаторов угловых скоростей, положение консолей крыла и информация нескольких десятков других датчиков температуры и давления; использовались также термокраски и индикаторы плавления.

Сборка КА «БОР-4»Аппараты «БОР-4» создавались в Лётно-исследовательском институте (ЛИИ) имени Громова; изготовление и сборка производились на Тушинском машиностроительном заводе.

Первый испытательный запуск аппарата «БОР-4» на суборбитальную траекторию в направлении озера Балхаш был произведён 5 декабря 1980 года с целью проверки работоспособности всего комплекса. На первом аппарате «БОР-4» была установлена уносимая абляционная теплозащита на основе материала марки ПКТ-ФП, состоящего из фенолформальдегидной ткани, пропитанной смесью фенолформальдегидных смол (сходная теплозащита устанавливается на спускаемых аппаратах КК «Союз»). Успешный суборбитальный полет этой летающей модели подтвердил надёжность такой теплоизоляции и надёжность новых типов бортовой аппаратуры. Последующие аппараты использовались уже непосредственно для испытаний теплозащиты «Бурана», поэтому их пришлось существенно модифицировать.

Установка ТЗП на нижней поверхности КА «БОР-4»

Установка ТЗП на нижней поверхности КА «БОР-4»:
1 – кварцевая плитка; 2 – боковое эрозионностойкое покрытие; 3 – лаковое покрытие; 4 – внешнее эрозионностойкое покрытие; 5 – клеевой слой; 6 – металлическая обшивка; 7 – уносимая теплозащита (ПКТ-ФЛ); 8 – металлическая рама

Абляционная теплозащита осталась, но её толщина была уменьшена, а поверх неё на тонкую металлическую обшивку, выполненную из того же алюминиевого сплава, как и обшивка планера «Бурана», смонтировали керамические белые и чёрные плитки на основе ультратонкого кварцевого волокна, маты гибкой теплозащиты на базе органического войлока и носовой кок из композиционного материала «углерод-углерод». Технология наклейки теплозащиты на «БОРах-4» полностью соответствовала «бурановской». Носовой кок для «БОРа-4» также был изготовлен в соответствии с требованиями «Бурана», но был установлен поверх абляционного субстрата с использованием жаропрочного металлического крепежа. Пространство между носовым коком и абляционным покрытием было заполнено изоляцией из теплостойких волокон.

Для конструкции теплозащиты консолей крыла была выбрана другая конструкция. Это было обусловлено тем, что из-за аэродинамических ограничений толщины крыла для его теплозащиты не хватало сравнительно небольшой максимально допустимой толщины керамических теплозащитных плиток. По этой причине внутреннюю полость металлической конструкции крыла заполнили пористым фетровым материалом, пропитанным специальным составом на основе воды. Испарение воды в случае перегрева металлической конструкции должно было обеспечить эффективное охлаждение во время интенсивного нагрева на траектории возвращения в атмосферу.

«БОР-4». Хорошо видны кварцевые плитки на нижней поверхности аппаратаВсего в период 1982-84 годов было произведено 6 запусков аппаратов «БОР-4» с помощью лёгкой двухступенчатой РН «Космос-3М» (К65М-РБ5) с космодрома Капустин Яр на различные траектории. Аппараты, выводившиеся на орбиты ИСЗ высотой около 225 км, получали наименования спутников серии «Космос».

По программе орбитального полёта ориентация в пространстве поддерживалась газореактивной системой (8 сопел) по программе автономной бортовой системы управления (в режиме инерциальной навигации). Топливом для двигателей газореактивной системы служили компоненты АТ (четырёхокись азота) + НДМГ (несимметричный диметилгидразин). В начале второго витка с помощью сбрасываемого порохового двигателя, установленного «на спине» «БОРа-4», выдавался тормозной импульс – и аппарат входил в атмосферу.

«БОР-4» на МАКСе-2007В результате проведённых исследований была окончательно решена проблема теплозащиты орбитального самолёта, в том числе получены значения температур на наиболее теплонапряжённых участках конструкции: носовом обтекателе и прилегающем к нему участке нижней поверхности фюзеляжа в условиях реальных физико-химических процессов и каталитичности поверхности на высотах от 100 до 30 км при скоростях от 25 до 3 Махов.

После КА «БОР-4» в космос запускались беспилотные аппараты «БОР-5», но о них расскажем в другой раз.

«БОР-4» неоднократно был представлен на МАКСе. Мне удалось его увидеть и сфотографировать в 2007 году. На киле, как видно на фотографии, имеется эмблема ЛИИ им. Громова.

Приземление Шаттла Dream ChaserНо на этом история аппарата «БОР-4» не закончилась. Она получила продолжение в наше время в другой стране за океаном. 13 ноября 2017 года РИА Новости передало сообщение американской компании Sierra Nevada Corporation о том, что космический челнок Dream Chaser успешно приземлился на авиабазе Эдвардс в штате Калифорния. Это был второй испытательный полёт на планирование нового Шаттла. Предыдущий испытательный полёт, состоявшийся в 2013 году, завершился неудачной посадкой и поломкой корабля.

На сайте НАСА появилась информация о том, что «Компактный Шаттл создан на основе американского орбитального самолёта HL-20, который, в свою очередь, был скопирован по образцу советского беспилотного ракетоплана «БОР-4».

Предполагается использование нового многоразового КА в качестве транспортного корабля для доставки на околоземную орбиту грузов и экипажа до семи человек. Первый полёт к МКС запланирован на 2020 год.

Вот так идеи, заложенные в проект «Спираль» и программу «БОР-4» оказались востребованы через полвека.


 

6 декабря 1957 года – неудача при попытке запуска первого американского ИСЗ «Авангард» (США).

После 4 октября 1957 года в США были брошены все силы на восстановление престижа самой могущественной державы, поколеблённого запуском первого в мире советского ИСЗ. Поскольку проекты «Фарсайд» (Farside) и «Нотсник» (NOTSNIK) не получили успешного завершения, внимание президента США сконцентрировалось на проекте «Авангард».

РН «Авангард» на стартовом столе 6.12.1957Уилльям Холедей (William Holaday), который отвечал за разработку управляемых ракет в министерстве обороны США, и менеджер программы Джон Хаген (John Hagen) проинформировали президента Эйзенхауэра о состоянии проекта «Авангард» (Vanguard) и планах запуска TV-3. Было подчёркнуто, что этот полёт – испытательный, но с определённой вероятностью достижения спутником орбиты. В атмосфере истерически раздуваемого ажиотажа «гонки за русскими» Белый дом и средства массовой информации США подали предстоящий запуск «Авангард» TV-3 как «американский ответ» на «Спутник». И это несмотря на то, что ракета TV-3 предназначалась для первых ЛКИ второй ступени. Тем не менее, помощник президента по делам печати заявил 9 октября 1957 года, что ракета «Авангард» запустит спутник уже в декабре.

Носитель TV-З (а точнее, элементы для сборки сразу двух РН) прибыл на мыс Канаверал через неделю после триумфа «Спутника-2». Спешно началась подготовка к запуску.

Старт, первоначально назначенный на 4 декабря, был перенесён из-за погодных условий на 6-е. Вечером 5 декабря начался пятичасовой предстартовый отсчёт времени. Он неоднократно прерывался из-за мелких неувязок и был закончен часовой готовностью в 10:30 утра следующего дня.

За час до пуска башню обслуживания отвели на безопасное расстояние. «Авангард» стоял, удерживаемый в вертикальном положении только тросами-растяжками и шпильками в хвостовой части, срезаемыми при старте. Рядом с РН возвышалась кабель-заправочная мачта. Единственная причина, по которой ещё можно было отменить старт, это порывы ветра более 7,5 м/с.

Взрыв РН «Авангард» на стартеВ Т-30 мин обслуживающий персонал покинул стартовую площадку. В Т-21 мин станции слежения доложили о готовности к приёму телеметрической информации. В Т-02 мин была включена система водного охлаждения стартового стола. В Т-01 мин отстрелились тросы, удерживающие ракету. В Т-45 сек с борта носителя стали поступать телеметрические сигналы о работе систем. В Т-10 сек были наддуты сжатым газом от наземных источников баки ракеты, за секунду до старта включилось автоматическое устройство управления полётом.

Двигатель запустился, и РН начала подъём. Носитель покинул площадку в 11:44:34. Внезапно ракета остановилась, а потом завалилась назад, на стартовый стол…

В результате взрыва были полностью уничтожены две первые ступени РН, повреждена третья. Как ни странно, спутник уцелел: маленький закопчённый шарик с разбитыми солнечными элементами и погнутыми антеннами залетел в ближайшие кусты и бодро посылал оттуда в пространство свои «космические» радиосигналы… Что же вызвало эту катастрофу?

По некоторым данным, это был скачкообразный «провал» давления подачи топлива, который привёл к забросу пламени из камеры сгорания через форсуночную головку внутрь топливных трубопроводов, пожар и взрыв РН. Возможно также, что причиной взрыва был «пушечный» запуск двигателя, который сопровождался скачком давления в камере сгорания ЖРД и последующему прорыву продуктов сгорания через форсунки смесительной головки в её полости, заполненные топливными компонентами.

Изменение давления в камере сгорания при запуске

Изменение давления в камере сгорания при запуске:
1 – плавный запуск; 2 – ступенчатый запуск; 3 – жёсткий («пушечный») запуск; τз – время задержки воспламенения

Бесславную попытку запуска космического первенца восприняли в США как национальную катастрофу. Град обидных насмешек и издевательских сопоставлений обрушился на Америку. На первой странице лондонской Daily Herald были помещены две фотографии: РН «Авангард» перед стартом и то, что осталось от неё после взрыва. Гигантский заголовок гласил: «Вот это «флопник»! (от англ. to flop – плюхнуться, шлёпнуться, провалиться).

После неудачи с «Авангардом» получил «добро» на космическую попытку Вернер фон Браун. Он не упустит своего шанса, но это случится уже в следующем 1958 году.

В декабре ракета «Авангард» TV-3BU (дублёр третьего испытательного носителя) была в спешке собрана и установлена на отремонтированный стартовый стол для запуска 23 января 1958 г. Три попытки окончились неудачей, причём последняя прервалась за 14 сек до старта, когда окислитель 2-й ступени (азотная кислота) протёк из бака и повредил двигатель.

ИСЗ «Авангард-1»TV-3BU пришлось «оставить в покое», так как после ремонта РН можно было пускать лишь в феврале. Ракета TV-3BU красиво ушла со старта ранним утром 5 февраля, окутанная клубами испаряющегося кислорода. Но система управления «сбоила», плохо работали приводы – двигатель Х-405 мог качаться только в одной плоскости. Отклонившуюся от курса РН на 57-й секунде полёта взорвали по команде офицера безопасности полигона на высоте 6100 м.

Следующим стал TV-4. РН поставили на стартовый стол 8 февраля. Запуск планировали на 5-6 марта, но после трёх неудачных попыток его отсрочили на 10 дней. И злой рок, преследующий «Авангард», отступил! Старт состоялся 17 марта 1958 г. в 7:15; вторая ступень, отделившись от первой на 150-й с, нормально включилась и «почти штатно» отработала: во всяком случае, система газовых сопел легко скомпенсировала возникшую при её работе ошибку в ориентации (2°). Затем третья ступень и ПГ были стабилизированы вращением и на 490-й сек отделены от второй ступени. РДТТ третьей ступени включился по команде программно-временного устройства и разогнал спутник до орбитальной скорости.

С момента, когда комиссия Г. Стюарта проголосовала за «Авангард», прошло 2 года 6 месяцев и 8 дней. Программа достигла заявленной цели.

Схема траектории полёта РН «Авангард»

ИСЗ массой 1,474 кг (3,25 фунта) и отработавшая третья ступень РН массой 22,59 кг (49,8 фунта) оказались на орбите со следующими параметрами:

  • наклонение – 34,25°;
  • перигей – 650 км;
  • апогей – 3968 км;
  • период обращения – 134,18 мин.

«Авангард-1» имел форму сферы диаметром 16,3 см. В корпусе спутника, изготовленном из алюминиевого сплава, имелись два передатчика. Первый (108,00 МГц, 10 мВт) получал питание от ртутных аккумуляторов, рассчитанных на две недели функционирования, второй (108,03 МГц, 5 мВт) запитывался от солнечных батарей. Оба работали на турникетную и дипольную антенны (всего шесть штырей длиной по 39,4 см).

Шесть блоков СБ (в каждом по 18 кремниевых элементов размером 20×5×0,064 мм) размещались симметрично на поверхности ИСЗ так, чтобы по крайней мере один из них был обращён к Солнцу. В то время, как аккумуляторы спутника разрядились через три недели, блоки СБ питали передатчик «Авангарда-1» ещё шесть с лишним лет. И он ещё кружит по орбите, самый старый искусственный объект в космосе!

Примерная циклограмма траектории полёта РН «Авангард»

Поз. № Время, с Траекторные фазы Высота, км Скорость полёта, м/с
1 0 Старт 0 0
2 140…145 Отсечка тяги ДУ I ступени ~52 ~1870
Отделение I ступени
Запуск ЖРД II ступени
3 250…265 Отсечка тяги ЖРД II ступени ~225 ~4460
Пассивный участок траектории
4 535…550 Запуск РДТТ III ступени ~480 ~4050
5 570…585 Отсечка тяги РДТТ III ступени ~480 ~7600
6 600 Вывод ИСЗ на орбиту

 


 

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

  1. И. К. Зверев. Освоение и производство планера орбитального корабля «Буран» / В кн. «Развитие отечественной ракетно-космической науки и техники»: в 6 т. / кол. авт., сост. М. А. Первов / Федер. косм. агентство, Рос. акад. космонавтики им. К. Э. Циолковского. / Т.2: «История развития отечественной пилотируемой космонавтики». – М.: «Столичная энциклопедия», 2015.
  2. В. П. Лукашевич, И. Б. Афанасьев. Космические крылья. – М.: ООО «ЛенТа Странствий», 2009.
  3. И. Б. Афанасьев, А. Н. Лавренов. Большой космический клуб. – М.: «РТСофт», 2006.
  4. А. В. Амброжевич. Развитие транспортных систем с ЖРДУ. – Харьков: Рукопись, 2007.

 


« »



Оставьте свой комментарий

Вы должны быть авторизованы чтобы оставлять комментарии.

Рейтинг@Mail.ru