CC BY
58ИЗ ИСТОРИИ ТЕХНИКИ И ВООРУЖЕНИЯ <
±1 tU
Н.В. КАЛАШНИКОВ, А.П. КОВАЛЁВ, А.В. ЛОСИК
N.V. KALASHNIKOV, A.P. KOVALYOV, A.V. LOSIK
ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКИЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ
История конструирования в XX веке и перспективы
AEROSPACE AIRCRAFT
History of their design in the twentieth century and prospects
Сведения об авторах. Калашников Николай Владимирович — инженер-конструктор ООО «БФК-Проект» (Санкт-Петербург. E-mail: [email protected]);
Ковалёв Александр Павлович — председатель Совета директоров ФГУП «КБ "Арсенал" имени М.В. Фрунзе», президент Санкт-Петербургского отделения Российской академии космонавтики имени К.Э. Циолковского, генерал-лейтенант в отставке, заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор (Санкт-Петербург. E-mail: kbarsenal.ru);
Лосик Александр Витальевич — заместитель главного редактора журнала для учёных «КЛИО», профессор Балтийского государственного технического университета «Военмех» имени Д.Ф. Устинова, доктор исторических наук (Санкт-Петербург. E-mail: [email protected]).
Аннотация. В статье анализируется история создания воздушно-космических систем в ХХ веке и высказываются прогнозы по поводу развития этих систем в XXI веке. Отмечается выдающаяся роль немецкого инженера Э. Зенгера, идеи которого о воздушно-космических летательных аппаратах составили основу для развития перспективного вида авиационно-космической техники. Рассматривается вклад в разработку и конструирование указанной техники как зарубежных учёных и конструкторов, так и отечественных создателей этого вида техники.
Ключевые слова: воздушно-космическая техника; Э. Зенгер; ракетный самолёт; сверхскоростной дальний бомбардировщик; система «Спираль»; «Энергия — Буран»; прорывная концепция.
Information about authors. Nikolay Kalashnikov - Design Engineer of the LLC «BFK-Project» (St. Petersburg. E-mail: [email protected]).
Aleksandr Kovalyov - Chairman of the Board of Directors of the Federal State Unitary Enterprise «Arsenal Design Bureau named after M.V. Frunze», President of the St. Petersburg Section of the Russian Academy of Cosmonautics named after K.E. Tsiolkovsky, Lieutenant-General (ret.), Honoured Scientist of the Russian Federation, D. Sc. (Tech.), Professor (St. Petersburg, E-mail: kbarsenal.ru).
Aleksandr Losik - Deputy Editor-in-Chief of the Journal for Scientists «Clio», Professor of the Baltic State Technical University «Voyenmekh» named after D.F. Ustinov, D. Sc. (Hist.) (St. Petersburg. E-mail: [email protected]).
Summary. The article analyses the history of the creation of aerospace systems in the twentieth century and forecasts about the development of these systems in the 21st century. The outstanding role of the German engineer E. Zenger is noted. His ideas on aerospace aircraft were the basis for the development of a promising aerospace equipment. The author considers the contribution to the development and design of this equipment by foreign scientists and designers, as well as domestic creators of this class of equipment.
Keywords: aerospace equipment; E. Zenger; rocket aircraft; high-speed long-distance bomber; system «Spiral»; «Energy— Buran»; breakthrough concept.
В ОПУБЛИКОВАННОЙ в 1934 году автобиографии немецкий инженер Э. Зенгер писал: «Ещё в средней школе в курсе физики рассматривались вопросы из области ракетной техники. После того, как в 1926 г. стало в основном известно о возможности применения ракетного двигателя в качестве силовой установки высокоскоростных стратосферных самолётов, я начал изучать эту проблему более серьёзно»1.
Спустя несколько лет, в первой половине 1930-х годов, была издана книга Зенгера «Техника ракетного полёта»2, впоследствии переведённая и опубликованная в СССР. В труде были изложены
теоретические сведения о ракетном двигателе, применяемых то-пливах, аэродинамических силах для широкого диапазона высот и скоростей полёта, траекториях полёта и о возможных формах фюзеляжа и крыльев ракетного самолёта. В целом книга носила характер учебника.
Также Зенгер много времени посвятил решению прикладных задач, о чём свидетельствуют многочисленные документы, в том числе и патенты на изобретения.
Через три года после прихода к власти в Германии нацистов, в 1936 году, Зенгер был приглашён из Вены в Германию, где ему была поручена организация научно-
исследовательского института техники ракетного полёта в Трауэне. Здесь перед ним была поставлена задача создания сверхскоростного сверхдальнего бомбардировщика3.
В 1939 году в Трауэне были подготовлены для работы лаборатории, мастерские, испытательные стенды и служебные помещения, и Зенгер с небольшой группой высококвалифицированных специалистов начал работы по предложенной им исследовательской программе. Эта программа должна была продолжаться десять лет. В соответствии с ней Зенгер наметил следующий ряд фундаментальных направлений, пробелы и проблемы которых предстояло
• ИЗ ИСТОРИИ ТЕХНИКИ И ВООРУЖЕНИЯ
' ! Ы
И;
Эйген Зенгер
решить до практической реализации проекта такого самолёта:
1) исследование аэродинамических нагрузок и рациональных форм поверхностей для полёта на скоростях, соответствующих числам М от 3 до 30;
2) изучение газовых течений химически реагирующих потоков;
3) определение аэродинамических сил при свободномолеку-лярном режиме обтекания;
4) поиск эффективного состава топлива;
5) исследования материалов, стойких к воздействию как очень высоких, так и очень низких температур;
6) конструирование турбона-сосного агрегата высокого давления с приводом от паровой турбины для подачи горючего и окислителя в ракетный двигатель;
7) создание системы устойчивого зажигания для ракетного двигателя;
8) разработка камеры сгорания тягой 100 тс, рассчитанной на работу при высоких температурах и давлениях газа от 50 до 100 атм, с водяным охлаждением стенок;
9) проектирование катапультной установки для запуска самолёта со сверхзвуковой скоростью;
10) разработка математической теории и методов расчёта оптимальных траекторий дальнего ракетного самолёта4.
Спустя три года работы по ракетному бомбардировщику были прекращены. Ещё двумя годами позже Зенгер в ста экземплярах выпустил отчёт о проделанных работах, который в 1946 году был издан известным авиаконструктором В.Ф. Болховитиновым в СССР под названием «Дальний
бомбардировщик с ракетным двигателем»5.
Что же представлял собой бомбардировщик Зенгера?
По замыслам Зенгера, конструкция самолёта должна составлять 10 проц. от его стартовой массы 100 т. При длине самолёта 28 м и размахе крыльев 15 м основные элементы конструкции ракетного бомбардировщика имеют следующие весовые характеристики: кабина 500 кг, ракетный двигатель 2500 кг, крылья 2500 кг, что соответствует весу квадратного метра крыла, равному 56 кг, фюзеляж 3250 кг, хвостовое оперение, шасси, бомбовый отсек и т.д. 1250 кг. Остальные 90 т — различные сочетания полезной нагрузки (авиабомбы) и топлива (рассмотрены варианты бомбовой нагрузки от 0,3 т до 65 т)6.
Старт самолёта предполагалось осуществлять путём его разгона по рельсовой направляющей ракетной тележкой до скорости 500 м/с7.
Для работы ракетного двигателя должны были применяться топливные пары с высоким удельным импульсом. При этом большие надежды возлагались на возможность диспергирования лёгких металлов в углеводородном топливе и применения в качестве окислителя жидкого кислорода, обогащённого жидким озоном8.
Выгодность комбинированного горючего объясняется следующим образом. Ввиду того что температура, развивающаяся при горении октана и составляющая 3700 К, на 830°С ниже, чем температура испарения продукта сгорания алюминия А^3, наибольшим теплосодержанием будет обладать горючее с таким соотношением компонентов, при котором алюминия достаточно, чтобы прогреть продукты сгорания октана до температуры 4500 К. Такое теплосодержание обеспечивается при дисперсии алюминия в октане, равной 60,5 проц.9
Следует отметить, что немцами на рубеже 1930-х —1940-х гг. были разработаны технологии, позволявшие в промышленных масштабах получать диспергированную смесь алюминия в октане, пригодную для хранения в течение двух недель без выпадения осадка алюминия и для турбо-
насосной подачи без сепарации веществ.
Зенгер показывает, что применение в качестве окислителя жидкого озона даёт приращение теоретического удельного импульса на 10 проц. Также очевидны и следующие преимущества жидкого озона перед жидким кислородом: температура кипения -112°С (у кислорода -183°С) и плотность 1350 кг/м3 (у кислорода 1140 кг/м3). Но чистый озон взрывоопасен как в газообразном, так и в жидком виде10.
Были проведены исследования возможности применения жидкого кислорода, обогащённого жидким озоном. Выявлено, что в газообразном состоянии смесь безопасна при содержании озона менее 25 проц. (по весу). В широком пределе процентных соотношений и температур в жидкой фазе имеет место пробел смешиваемости, при котором озон будет выпадать в осадок. Наиболее богатая смесь (25 проц.) возможна при температуре -183 °С. С понижением температуры возможны только более бедные смеси. Также нужно принять во внимание, что ввиду постоянного испарения кислорода процентное соотношение жидкого озона в смеси будет увеличиваться, что приведёт к его выпадению в осадок. Это в свою очередь может привести к взрыву. Можно избежать испарения кислорода, применив переохлаждённую смесь. Но тогда содержание озона в смеси нужно снизить соответственно снижению температуры.
Весьма интересны в этом направлении работы американских и немецких специалистов по разработке первых вариантов воздушно-космических систем.
После падения фашисткой Германии ракетные секреты рейха стали доступны союзникам, чем последние не преминули воспользоваться.
После войны строительство ракетопланов в США велось в экспериментальных целях для освоения новых высот полёта и новых скоростей. 14 октября 1947 года лётчик Чак Егер достиг на ракетоплане Х-1 скорости М = 1,05, впервые в мире преодолев сверхзвуковой барьер. Самолёт Х-1 был создан для изучения эффектов на сверхзвуковой скорости. Следующим этапом развития
Н.В. КАЛАШНИКОВ, А.П. КОВАЛЁВ, А.В. ЛОСИК. Воздушно-космические летательные аппараты •
У
технологий высокоскоростного полёта в США стало появление ракетоплана Х-15, с помощью которого были достигнуты большие гиперзвуковые скорости (максимальные скорость полёта М = 6,7 и высота Н = 107,96 км)11. В конце 1950-х ВВС США решили считать астронавтами пилотов, которые поднялись выше условной «круглой» отметки 50 миль (80 467 м). Если признать эту границу, можно сказать, что до самого последнего времени Х-15 оставался единственным пилотируемым ЛА, который летал в космос, не будучи предназначенным для орбитального полёта. Кроме того, американцы считают его и первым космическим кораблём многократного использования. За счёт полётов Х-15 США пытались существенно оторваться от СССР по числу космонавтов. Однако вне Америки никто такие полёты космическими не при-знавал12.
Большой размах в США получили работы по программе создания многофункционального ракетоплана Х-20 «Dyna-Soar», который стал предтечей системы «Space Shuttle», хотя он и не был доведён до стадии лётно-конструкторских испытаний.
Также рассматривались многочисленные варианты летательных аппаратов с несущим корпусом, но ни один из них не продвинулся дальше испытательных полётов дозвуковых самолётов-аналогов.
В Европе в области проектирования воздушно-космических систем дальше всех продвинулись немцы, которые ещё во время войны смогли довести реактивные самолёты до серийного производства. После войны Зенгер вёл работы по созданию перспективной двухступенчатой воздушно-космической системы RT-8. Но после его смерти в 1964 году в течение нескольких лет работы в Германии постепенно были свёрнуты.
Первые отечественные варианты конструкций воздушно-космических систем, к сожалению, появились много позже своих зарубежных аналогов.
После того как в СССР стало известно о проводившихся в Германии работах над ракетным бомбардировщиком, самое пристальное внимание уделил этой
проблеме И.В. Сталин. Коллективу учёных под руководством М.В. Келдыша было поручено произвести оценку возможности создания подобного ракетного бомбардировщика в СССР. В предельно сжатые сроки, диктовавшиеся потенциальной угрозой Советскому Союзу со стороны бывших союзников по Второй мировой войне, И.В. Сталину такая информация была предоставлена13.
В отчёте Келдыша указывается на возможность создания кислородно-керосинового ракетного двигателя тягой 100 т. Но достижимым удельным импульсом в то время был только наименьший из рассматривавшихся Зенгером — 3 000 м/с, и то при работе двигателя в вакууме. Также ставилась под сомнение возможность изготовления столь совершенной конструкции самолёта, чтобы её масса составляла 10 проц. от стартовой массы. Для компенсации вышеуказанных потерь был рассмотрен вариант комбинированного применения ЖРД и прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Такая комбинация, по мнению разработчиков, должна была способствовать достижению скорости порядка 5 000 м/с и дальности полёта до 12 тыс. км при остаточном весе самолёта в 22 проц.14
Но создание в СССР ракетного бомбардировщика в конце 1940-х — начале 1950-х не было осуществлено. Первые успехи советских ракетчиков под руководством С.П. Королёва показали возможность достижения требуемых дальностей другим, более простым путём. А потянуть две такие программы (создание ракетных бомбардировщиков и баллистических ракет дальнего действия) наша страна не могла. Нужно было правильно расставить приоритеты. От этого зависело само существование Советского государства.
Позже в Советском Союзе конструкторскими бюро под руководством П.В. Цыбина, В.М. Мясищева, В.Н. Челомея и А.Н. Туполева независимо друг от друга разрабатывались конструкции космических самолётов, но ни одна из них не была воплощена по различным причинам, в том числе и по причине, указанной выше.
НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИЦГ МИНИСТЕРСТВА АВИАЦИОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ОБЗОР ТРОФЕЙНОЙ ТЕХНИКИ Выпуск I
ДАЛЬНИЙ БОМБАРДИРОВЩИК С РАКЕТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
Э. Зенгер я И. Бредт
МОСКВА 1 9 4 в
Отчёт Э. Зенгера, выпущенный в СССР
Тем не менее наша страна, её экономический потенциал в этом направлении постепенно
преодолевал трудности и совершенствовался. Например, показательно развитие техники и современных технологий в то время от авиационно-космической системы «Спираль» до многоразовой космической системы «Энергия — Буран».
В соответствии с пятилетним Тематическим планом ВВС по орбитальным и гиперзвуковым самолётам практические работы по крылатой космонавтике в нашей стране в 1965 году были поручены ОКБ-155 А.И. Микояна, где их возглавил 55-летний главный конструктор ОКБ Глеб Евгеньевич Лозино-Лозинский. Тема по созданию двухступенчатого воздушно-орбитального самолёта (в современной терминологии — авиационно-космической системы — АКС) получила индекс «Спираль».
Когда знакомишься с материалами по проекту «Спираль», как пишут авторы монографии, невольно ловишь себя на мысли, что, если не обращать внимания на пожелтевшие машинописные страницы и несколько устаревшую терминологию, перед тобой не документы сорокалетней давности, а совершенно секретная конструкторская документация сегодняшнего времени, причём разработанная с учётом как минимум десятилетней перспек-
• ИЗ ИСТОРИИ ТЕХНИКИ И ВООРУЖЕНИЯ
тивы развития авиационно-космических систем. Творческая дерзость конструкторов просто восхищает!15
Так что же представлял собой этот уникальный сверхсекретный советский проект космической системы Лозино-Лозинского?
В соответствии с требованиями заказчика конструкторы взялись за разработку многоразового двухступенчатого воздушно-орбитального самолёта (ВОС), состоявшего из гиперзвукового самолёта-разгонщика (ГСР) и воздушно-орбитального самолёта (ОС) с ракетным ускорителем. Старт системы предусматривался горизонтальный, с использованием разгонной тележки, отрыв происходил на скорости 380—400 км/ч. После набора с помощью двигателей ГСР расчётных скорости и высоты происходило отделение ОС. Дальнейший разгон производился с помощью ракетных двигателей двухступенчатого ускорителя, работавших на фторо-водородном (Р2 + Н2) топливе16.
Боевой пилотируемый одноместный ОС многоразового применения предусматривал использование в вариантах дневного фоторазведчика, радиолокационного разведчика, перехватчика космических целей или ударного самолёта с ракетой класса «космос — земля» и мог применяться для инспекции космических объектов. Вес самолёта во всех вариантах составлял 8800 кг, включая 500 кг боевой нагрузки в вариантах разведчика и перехватчика и 2 000 кг у ударного самолёта. Диапазон
опорных орбит составлял 130— 150 км по высоте и 45°—135° по наклонению в северном и южном направлениях при стартах с территории СССР, причём задача полёта должна была выполняться в течение 2—3 витков (третий виток посадочный). Манёвренные возможности ОС с использованием бортовой ракетной двигательной установки, работавшей на высокоэнергетических компонентах топлива — фтор Р2 + амидол (50 проц. ^Н4 +50 проц. ВН3^Н4), должны были обеспечивать изменение наклонения орбиты для разведчика и перехватчика на 17°, для ударного самолёта с ракетой на борту (и при уменьшенном запасе топлива) — 7—8°. Перехватчик также был способен выполнить комбинированный манёвр — одновременное изменение наклона орбиты на 12° с подъёмом на высоту до 1 000 км. После выполнения орбитального полёта и включения тормозных двигателей ОС должен был входить в атмосферу с большим углом атаки, управление на этапе спуска предусматривалось изменением крена при постоянном угле атаки. На траектории планирующего спуска в атмосфере задавалась способность совершения аэродинамического манёвра по дальности 4—6 тыс. км с боковым отклонением ±1100—1500 км17.
В район посадки ОС должен был выводиться с выбором вектора скорости вдоль оси взлётно-посадочной полосы, что достигалось выбором программы изменения крена. Манёвренность самолёта позволяла обеспечить посадку в ночных и сложных ме-
Общее устройство ракетного бомбардировщика Э. Зенгера
теоусловиях на один из запасных аэродромов территории Советского Союза с любого из трёх витков. Посадка совершалась с использованием турбореактивного двигателя («36-35» разработки ОКБ-36) на грунтовой аэродром II класса со скоростью не более 250 км/ч. Согласно утверждённому Г.Е. Лозино-Лозинским 29 июня 1966 года аванпроекту «Спирали» ВОС с расчётной массой 115 т представлял собой состыкованные воедино крылатые широкофюзеляжные многоразовые аппараты горизонтального взлёта-посадки — 52-тонный гиперзвуковой самолёт-разгонщик (получивший индекс «50-50») и расположенный на нём пилотируемый ОС (индекс «50») с двухступенчатым ракетным ускорителем
— блоком выведения18.
В основном варианте на ГСР были установлены четыре прямоточных воздушно-реактивных двигателя (ВРД), работавших на жидком водороде. ГСР использовался для разгона ВОС до гиперзвуковой скорости, соответствующей М = 6 (около 1800 м/ сек), затем на высоте 28—30 км происходило разделение ступеней, после чего ГСР возвращался на аэродром, а ОС с помощью ЖРД блока выведения выходил на рабочую орбиту. Для ускорения лётной отработки самолёта-носителя была предусмотрена установка четырёх ВРД (Р-39-300), работавших на керосине и имевших примерно аналогичный расход воздуха. ВОС позволял вывести на полярную орбиту высотой 130—150 км при стартовом параллаксе до 750 км полезный груз массой до 10,3 т при использовании на ГСР силовой установки на жидком водороде и груз 5 т с силовой установкой ГСР на керосине. Из-за неосвоенности в качестве окислителя жидкого фтора для ускорения работ по ВОС в целом в качестве промежуточного шага предлагались альтернативная разработка двухступенчатого ракетного ускорителя на кислородно-водородном топливе и поэтапное освоение фторного топлива на ОС
— сначала использование высо-кокипящего топлива на азотном тетраксиде и несимметричном диметилгидразине (АТ + НДМГ), затем фторо-аммиачное топливо (Р2 + Ы^) и только после накопле-
Н.В. КАЛАШНИКОВ, А.П. КОВАЛЁВ, А.В. ЛОСИК Воздушно-космические летательные аппараты •
У
ния опыта планировалось заменить аммиак на амидол19.
Таким образом, коллектив ОКБ-155 А.И. Микояна летом 1966 года принялся за разработку воздушно-орбитального самолёта, который благодаря особенностям заложенных конструктивных решений и выбранной схеме самолётного старта позволял реализовать принципиально новые свойства для средств выведения военных нагрузок в космос.
В 1970-х годах США открыто объявили о создании многоразовой транспортной космической системы «Space Shuttle». Ввиду неизвестности назначения такой системы для руководства нашей партии и правительства, но очевидности угрозы для СССР было решено создать в Советском Союзе систему с аналогичными характеристиками. Глебом Евгеньевичем Лозино-Лозинским предполагалось даже выполнить вторую ступень самолёта «Спираль» в размерностях американского «Шаттла». Но директива «сверху» была строгой: подобие нашей системы должно быть во всём, в том числе и в аэродинамике. Разве что для отработки теплозащиты «Бурана» были произведены автоматические полёты серии космических аппаратов «БОР» (беспилотный орбитальный ракетоплан), планер которых являлся уменьшенной в масштабе 1 : 3 копией второй ступени самолёта «Спираль».
Как известно, логическим завершением проекта «Спираль» стали создание в СССР и единственный полёт в ноябре 1988 года многоразовой транспортной космической системы (МТКС) «Энергия — Буран». Об этом широко известно и много написано, и поэтому всех интересующихся мы отсылаем к сайту www.buran.ru и останавливаться в статье на этом проекте не будем.
Но заметим, что разработка ОК «Буран» продолжалась более 10 лет. Первому запуску предшествовал большой объём научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию Ок и его систем с обширными теоретическими и экспериментальными исследованиями по определению аэродинамических, акустических, теплофизических, прочностных и других характеристик ОК, мо-
делированием работы систем и динамики полёта ОК на полноразмерном стенде оборудования и на пилотажных стендах, а также с разработкой новых материалов, отработкой методов и средств автоматической посадки на самолётах — летающих лабораториях, лётными испытаниями в атмосфере пилотируемого самолёта-аналога (в моторном варианте) БТС-02, натурными испытаниями теплозащиты на экспериментальных аппаратах БОР-4 и БОР-5, выводившихся на орбиту и возвращавшихся с неё методом аэродинамического спуска, и т.д.
Всего по программе «Энергия — Буран» были построены три лётных корабля (третий не достроен), заложены ещё два (задел по которым после закрытия программы был уничтожен) и девять технологических макетов в различной комплектации для проведения различных испытаний.
Особо подчеркнём, что проект «Энергия — Буран» не только был выдающимся достижением отечественных специалистов, но и во многом обогнал развитие воздушно-космических систем своего времени. По мнению директора НИИ прикладной механики и электродинамики Московского авиационного института академика РАН Г. Попова, «проект «Энергия — Буран» был создан с нуля, все технологии на тот момент времени были уникальными. И то, что его свернули, вовсе не вина разработчиков. Но теперь опять стоит вопрос о производстве мощных водородно-кисло-родных двигателей сродни тем, что стояли на «Энергии»20. Как заявил генеральный директор РКК «Энергия» В. Солнцев совместно с генеральным конструктором по ракетным комплексам Роскосмо-са А. Медведевым, «уже ведётся проработка носителя сверхтяжёлого класса с использованием двигателя РД-171, который ляжет в основу концепции и который, как мы знаем, был разработан в ходе программы "Энергия — Буран"»21.
Одним из перспективных направлений развития космической техники в XXI веке является применение авиационно-космических систем (старт ракеты-носителя с борта реактивного самолёта22, наземный разгон
двухступенчатого воздушно-космического самолёта электромагнитным устройством23, в т.ч. с подвесом по методу электродинамической левитации24). Наземный электромагнитный разгон представляет особый интерес.
Общеизвестно, что до 70 проц. массы ракеты-носителя расходуется (во время работы первой ступени) для разгона до скорости 2 км/с. Кажется соблазнительным сэкономить одну ступень, обеспечив такую скорость на поверхности Земли. Однако в силу целого ряда обстоятельств оптимальные параметры авиационно-космических систем с наземным разгоном будут обеспечены при использовании двух ступеней и скорости наземного разгона до 1 км/с. При такой начальной скорости имеют место:
— значительное снижение стартовой массы летательного аппарата;
— приемлемый скоростно-те-пловой напор при движении летательного аппарата в атмосфере;
— электромагнитное разгонное устройство ограниченной длины (до 5 км при ускорении около 10 g);
— возможность задания некоторого начального угла старта от 0° до 90° при расположении разгонного устройства в наклонном подземном тоннеле (шахте).
Представляется перспективным облик двухступенчатого самолёта с одинаковыми ступенями, каждая из которых оснащена трёхкомпонентным (керосин + жидкий кислород + жидкий во-
Американская МТКС «Space Shuttle» и советская МТКС «Энергия — Буран»
ИЗ ИСТОРИИ ТЕХНИКИ И ВООРУЖЕНИЯ
дород) ЖРД типа РД-701/РД-704 разработки КБ «Энергомаш». Ввиду работы двигателя первой ступени на первом режиме (компоненты керосин + жидкий кислород), а второй — на втором режиме (жидкий водород + жидкий кислород) возможно обеспечение оптимальных соотношений масс при одинаковых габаритах ступеней. При работе двигателя на первом режиме в небольших количествах применяется водород для охлаждения камеры сгорания. Также применение небольшого количества водорода значительно повышает удельный импульс. При работе двигателя на втором режиме потребляется керосин для газификации жидкого кислорода, обеспечивающего привод турбонасосного агрегата. Такой самолёт при стартовой массе системы 240 т сможет доставить до 5 т полезного груза на опорную орбиту25.
Разработчиками системы «Энергия — Буран» предлагаются и другие варианты существования данной системы. А реализация всех предложенных вариантов указанной системы позволит восстановить производственные возможности страны для продолжения работ по теме «Энергия — Буран». Другим положительным моментом является независимость вышеуказанного варианта от электромагнитного разгона. Система может стартовать вертикально с космодрома; также представляется возможным старт с борта реактивного самолёта.
И в заключении статьи кратко расскажем о работах группы молодых инженеров и учёных БГТУ «Военмех» имени Д.Ф. Устинова, которые, по нашему мнению, разработали прорывную концепцию воздушно-космического самолёта, оттолкнувшись и творчески развив идеи Зенгера, предлагавшего осуществлять старт воздушно-космического летательного аппарата (ВК ЛА) с помощью рельсовой ракетной тележки, разгонявшей объект до скорости 500 м/с на горизонтальном треке длиной 3 км. Далее ВК ЛА должен был инерциально набрать высоту в несколько километров, после чего запускался ракетный двигатель, осуществлявший разгон до необходимой скорости.
Участники проекта из БГТУ «Военмех» на современном техноло-
гическом уровне доработали концепцию Зенгера применительно к созданию сверхэкономичного межконтинентального пассажирского беспилотного транспортного самолёта, а также для вывода коммерческих грузов на околоземную орбиту.
Разработчики применили для разгона ВК ЛА линейный индукционный двигатель с последовательно включаемыми сегментами с использованием пневматических источников энергии научно-производственного предприятия «Иста», расположенных на оптимальном расстоянии вдоль рельсового полотна, построенного в специальном тоннеле с трамплином на финишном участке.
Математическое моделирование и физические эксперименты показали, что при угле катапультирования в 15° при реальном разгоне ЛА массой от 50 до 100 т до 1000 м/с при использовании аэродинамических поверхностей достигаются дальности полёта более 500 км. При использовании дополнительных двигателей — прямоточных реактивных (при движении в атмосфере) или ракетных, использующих в качестве источника энергии систему «сжиженные водород и кислород», — удаётся получить скорости порядка 3 000 м/с вплоть до первой космической при фантастически низких удельных затратах26.
Все слагаемые для практической реализации этого проекта в России, как считает кандидат технических наук, доцент БГТУ «Военмех» имени Д.Ф. Устинова, советник РАЕН С. Москвин, имеются: от умения строить криволинейные тоннели, магнитные подвесы,линейные индукционные двигатели, мощные импульсные пневматические источники энергии, прецизионные рельсовые треки, водородные технологии, использовавшиеся в системе «Энергия — Буран», и, самое главное, до системы многопараметрических вложенных ноу-хау, которые в разумные сроки не смогут расшифровать конкуренты27.
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Зенгер-Бредт И. Вклад Э. Зенгера
в разработку жидкостных ракетных двигателей с регенеративным охлажде-
нием (1926—1936 гг.). См. интернет-ресурс: http://epizodsspace.airbase.ru (дата обращения: 4 декабря 2015 г.).
2 Зенгер Э. Техника ракетного полёта. М.: Оборонгиз, 1947. 300 с.
3 Афанасьев И.Б. Проект «антиподного» бомбардировщика Зенгера и работы на его основе, проведённые в других странах // Вестник ОНТИ ЦАГИ. 1993. № 1. С. 16.
4 Там же. С. 16, 17.
5 Зенгер Э, Бредт И. Обзор трофейной техники. Вып. 1. Дальний бомбардировщик с ракетным двигателем / Под ред. В.Ф. Болховитинова. М.: Воениз-дат МВС СССР, 1946. 247 с.
6 Там же. С. 87.
7 Там же. С. 128—138; Лукашевич В.П., Афанасьев И.Б. Космические крылья. М.: Лента Странствий, 2009. С. 42.
8 Зенгер Э, Бредт И. Указ. соч. С. 36, 65—68, 77—79.
9 Там же. С. 65—68.
10 Там же. С. 77—79.
11 Лукашевич В.П., Афанасьев И.Б. Указ. соч. С. 96.
12 Там же. С. 88.
13 Келдыш М.В. Избранные труды. Ракетная техника и космонавтика. М.: Наука, 1988. С. 22—34.
14 Там же. С. 23.
15 Лукашевич В.П., Афанасьев И.Б. Указ. соч. С. 208.
16 Там же.
17 Там же.
18 Там же. С. 208, 209.
19 Там же. С. 209.
20 Слова Г. Попова цитируются по: Песков А. Интервью с директором НИИ прикладной механики и электроники Г. Поповым // Военно-промышленный курьер. 2016. № 20. С. 8.
21 Фаличев О. Второе рождение сверхтяжёлой // Военно-промышленный курьер. 2016. № 32. С. 8.
22 Пышный И.А., Чепига В.Е. Запуск малых искусственных спутников Земли с использованием самолётов-носителей. М.: Машиностроение, 2005. 168 с.
23 Чудный Ю.П. Электромагнитная катапульта: возможности. См. интернет-ресурс: http://www.unionexpert.ru (дата обращения: 1 ноября 2015 г.).
24 Дзензерский В.А., Омельяненко В.И., Васильев С.В., Матин В.И., Сергеев С.А. Высокоскоростной магнитный транспорт с электродинамической левитацией. Киев: Наукова думка, 2001. 489 с.
25 Москвин С.В., Калашников Н.В. Перспективная многофункциональная авиационно-космическая система как развитие идей Эйгена Зенгера // Труды Общероссийской научно-технической конференции «Седьмые Уткинские чтения». СПб.: Библиотека журнала «Военмех. Вестник БГТУ», 2016. № 27. С. 37—40.
26 За инженерные кадры. 2016. № 2(22599).
27 Москвин С. Транспортная безопасность в руках дилетантов обречена // Конкуренция и рынок. 2015. Октябрь. № 4(71). С. 69. ■
