«Техника-молодежи» 2001 г №10, с.31-35
| И ВСЕ-ТАКИ | |
| ОНИ | Сергей АЛЕКСАНДРОВ |
| СТРОЯТСЯ! | |
...Однако потребовалось более 10 лет, чтобы относительно небольшой и — в сравнении с Т-100 или Су-27 — простой аппарат вышел из заводского цеха Комсомольского-на-Амуре авиационного производственного объединения, прошел прочностные испытания в Новосибирском филиале ЦАГИ и наконец «забегал» по крупнейшему в Европе аэродрому Летно-испытательного института. Более 10 лет!
Гораздо счастливей судьба другой мирной разработки того же КБ — сельскохозяйственного самолета Су-38.
При химобработке полей (да и лесов) специальные самолеты практически незаменимы, но в нашей стране они уже много десятилетий представлены одним типом — Ан-2. Как многоцелевой он хорош, а вот как специальный — великоват. Несколько лет (и МАКСов) назад машинами такого назначения занимались практически все КБ, включая туполевцев и мясищевцев. Благодаря немалому заделу по спортивной авиации и неплохому материальному положению, «Сухой» достиг успеха первым.
Компоновка Су-38 классическая: моноплан-низкоплан (на крыле висят распылители), впереди — поршневой двигатель («Вальтер») с тянущим винтом, за ним, над центропланом и перед кабиной пилота, — бак для химикатов. Аппарат уже успешно летает. Смоленский авиазавод готовится к серийному производству, при котором Су-38 должен быть в 1,5-2 раза дешевле конкурентов. Впрочем, потребность в сельхозавиации в стране и мире такова, что конкуренции на этом рынке практически нет.
А если она возникнет, на стороне Су-38 — высокие летные характеристики и такое немаловажное преимущество, как герметичная кабина пилота, изолирующая его от полезного груза.
1. Эскиз ускорителя первой ступени многоразового носителя ГК-175 «Энергия-2».
2. «Ангара» — «Байкал» в стартовой конфигурации.
3. «Ангара» — вариант 2001 г.
4. Возвращаемый ускоритель «Байкал», вид слева, сверху и спереди.
5. Технологический макет «Байкала» на МАКС-2001.
6. Варианты «Ангары» с несколькими «Байкалами».
«АНГАРА» СТАРТУЕТ С «АНГАРЫ»
История рождения летательного аппарата — абсолютно любого — даже в самом тезисном и формализованном изложении воспринимается как захватывающая интрига. Но в большинстве случаев этот долгий и отнюдь не прямой путь интеллекта инженеров и мастерства рабочих недоступен внешнему наблюдателю: тут тайна — и государственная, и коммерческая. Однако современные политэкономические реалии заставляют отечественные аэрокосмические фирмы громко заявлять о некоторых прежде «совершенно секретных» действиях. И сегодня мы можем в подробностях наблюдать рождение в Государственном космическом научно-производственном центре имени М.В. Хруничева семейства ракет-носителей «Ангара».
Впервые это название появилось в Государственной космической программе РФ, принятой в 1993 г. Тогда речь шла о носителе тяжелого класса, способном заменить «Протон» — ведь была очевидна экологическая вредность компонентов его топлива (сами по себе горючее и окислитель, а также продукты их сгорания ядовиты, канцерогенны, накапливаются в организме и т.д.). Ракета предполагалась двухступенчатой, с кислородно-керосиновой первой ступенью и кислородно-водородной второй. Последнее должно было позволить выводить на низкую орбиту 26 т при стартовой массе 640 т.
Военный заказчик потребовал использовать автоматический стартовый комплекс носителя «Зенит» (двигатель предполагался тот же, модификация РД-170). Это привело к конструктивно-компоновочной схеме, не встречавшейся ранее не только в реализованных машинах, но и в отвергнутых проектах. Каждая ступень должна была состоять из 3 параллельных блоков одинакового диаметра 3,9 м: центральный несущий бак и два подвесных. На первой ступени несущим был бак для керосина, по бокам расположили кислород. У второй ступени кислород находился в середине, подвесные баки — водородные. Хвостовой же отсек 1 -й ступени был в точности как у «Зенита».
Можно только догадываться, с какими проблемами пришлось столкнуться разработчикам и что предстояло бы преодолеть аэродинамикам и прочнистам, будь этот проект реализован в таком виде. Однако в первоначальном виде «Ангара» не осталась. С одной стороны, страна пока не испытывает острой нужды в ракетах такой грузоподъемности. С другой — после распада Советского Союза у нас не осталось серьезных мощностей по производству жидкого водорода. С третьей — на новую большую ракету не было и нет денег.
И где-то году в 97-м от первоначального проекта остались только название и топливные компоненты. Теперь речь уже шла именно о СЕМЕЙСТВЕ носителей, основой которого стал универсальный ракетный модуль УРМ.
Сегодня это баковый отсек, и двигательная установка, все вместе длиной 25,695 м, диаметром 2,9 м, масса конструкции — 8,5 т, заправка — до 132,6 т керосина, кислорода и сжатых газов. Двигатель — 1/4 «зенитовского» РД-170 (или 1/2 экспортного РД-180), имеет тягу 196 т у Земли и называется РД-191. Межбаковый отсек — традиционной конструкции, зато трубопровод кислорода из переднего бака идет необычно — снаружи, прикрыт гаргротом.
Один такой УРМ составляет первую ступень вариантов «Ангара-1.1» и «-1.2». Вторую ступень первого из них образует разгонный блок «Бриз», уже испытанный на новом легком носителе «Рокот», второго — вновь разрабатываемый ускоритель 2-й ступени диаметром 3,6 м. На 200-км орбиту эти варианты должны выводить, соответственно, 2,0 и 3,7 т.
Теперь, если с боков вешать еще 2, 3, 4, 6 УРМов, а наверх ставить разные разгонные блоки, получатся машины грузоподъемностью от 13,5 до 30 т (в последнем случае предлагалась связка 4 УРМов вокруг центральной кислородно-водородной ступени, устроенной по схеме «первой» «Ангары»). Интересно, что узлы крепления боковых блоков тогда располагались не через 90° (как у бессмертной королевской «семерки»), а через 60°. Это — данные 1998 — 99 гг.
Сегодня на повестке дня — машина среднего класса «Ангара-3» (3 УРМа, 14 т полезного груза) и две — тяжелого: «Ангара-5» (5 УРМов, кислородно-водородный разгонный блок — КВРБ, 24,5 т полезного груза) и «Ангара-5-УКВМ» (5 УРМов, КВРБ. кислородно-водородная ступень вместо стандартной «керосинки», 28,5 т на низкую орбиту). На геостационарную орбиту — рабочую для спутников связи — эти варианты могут вывести, соответственно, 1,0, 4,0 и 5,0 т. И все это — с северного, энергетически невыгодного Плесецка.
Кстати, в стародавние времена, даже еще до того, как нынешний северный космодром стал «55-м научно-испытательным полигоном Министерства обороны», он назывался «объектом «Ангара»...
Надо отметить, что идея УРМов отнюдь не нова, но всегда оставалась нерешенной одна проблема. Для того чтобы многоступенчатая ракета имела максимальную грузоподъемность, соотношение масс ее ступеней должно быть вполне определенным, оптимальным. С универсальным же модулем это практически недостижимо, пример тому — все тот же «Зенит» (его первая ступень используется и в «Энергии»). Создатели «Ангары» рассчитывают на изменение тяги двигателя центрального модуля: на старте она максимальна для необходимой тяговооруженности, а потом дросселируется (снижается), чтобы к моменту отделения «боковушек» в нем еще оставалось топливо. Таким образом, как и у «семерки», «боковушки» — первая ступень, в центре — вторая.
ИСТОРИЯ с ГЕОГРАФИЕЙ
Сенсацией нынешнего МАКСа (как, впрочем, и Ле-Бурже двумя месяцами ранее) стал еще один компонент «Ангары» — многоразовый ускоритель 1-й ступени «Байкал». Здесь мы имеем дело с реализацией — наконец! — очень старой мечты ракетостроителей.
Хорошо известно, что долгие годы основополагающим принципом ракетно-космических конструкций было немедленное отбрасывание всех ненужных в полете элементов носителей и кораблей. Это обусловлено простейшей причиной — постоянным дефицитом энергии. Ведь каждый килограмм груза или конструкции, которые необходимо разогнать до первой космической скорости, требует для этого порядка 10 кг топлива. А оно должно размещаться в баках, вес которых увеличивает и без того немалое количество этих самых килограммов. Естественно, вопрос о том, КУДА летит сброшенное, долгое время просто не стоял...
Те благостные времена навсегда ушли в прошлое. Конечно, иной раз экологическая паника поднимается в конкретных политических целях, но и в самом деле, дюралевые бочки с раскаленными силовыми агрегатами не способствуют здоровью и хорошему настроению людей, коим «посчастливилось» проживать (или хотя бы работать) на полях падения отработанных ступеней — даже если компоненты топлива нетоксичны. Совсем же пустых мест немного, и они ограничивают азимуты запусков с конкретных космодромов что невыгодно уже экономически, политически, как угодно.
Решение может быть только одно: отработанные ракетные блоки должны падать не куда придется, а управляемо опускаться куда надо, в идеале — на строго определенные посадочные площадки, поближе к месту старта. И совсем хорошо, чтобы их после этого можно было бы проверить, заправить — и снова на пуск.
Да, но как это сделать технически? Ведь даже первая ступень носителя разгоняется до без малого 6 «Махов» и поднимается на 100 км! А любые устройства, обеспечивающие управляемое возвращение, тем более — многоразовость, добавят паразитной (с точки зрения разгона до космической скорости) массы, то есть ухудшат энергетическую эффективность носителя.
И все-таки попытки сделать хотя бы первую ступень ракеты многоразовой предпринимались не однажды, правда, дальше макетов и продувочных моделей дело не шло. Обсуждались варианты спасения боковых «морковок» «семерки», многоразовым хотели сделать блок «А» лунного носителя H1, американцы прорабатывали надувное крыло для «Сатурна-5». Наконец, парашюты опускают в Атлантику твердотопливные ускорители «шаттла», парашютно-ракетная система спасения отработана (но в реальных полетах не испытана) для 1-й ступени «Энергии».
И именно создатели «Энергии» пошли дальше, предложив на ее базе полностью многоразовый тяжелый носитель ГК-175. Проект, безусловно, заслуживает отдельного рассказа, там было много интересных идей, а ознакомиться с ним можно только в мемуарах главного конструктора Б.И. Губанова, вышедших микроскопическим тиражом и по чудовищной цене, да еще в Интернете... Но нам интересно, как выглядел блок первой ступени «Энергии-2».
За основу взяли все ту же ступень, общую для «Энергии» и «Зенита». Только на хвостовом отсеке должно было встать V-образное складное оперение, а на межбаковом — узлы крепления огромных поворотных консолей, складывающихся вперед, и многоколесное шасси. В головном обтекателе размещались носовая стойка шасси и турбореактивный двигатель с запасом топлива для возвращения к месту старта, больше чем на 300 км. Впрочем, основной расчет делался на планирующий режим, что и потребовало крыла с удлинением 15 — как у хорошего планера.
Почему не реализовали тот проект, стоило бы разобраться более компетентным лицам, но наработки, конечно, не были забыты. Необходимость же минимизации, а то и ликвидации полей падения сейчас намного острее, чем 12 лет назад. Ну а решение той же задачи при близких исходных неизбежно будет похоже...
Конструкторы Центра имени М.В. Хруничева (при участии НПО «Молния») взяли за основу «Байкала» все тот же УРМ. На хвостовом отсеке поставили оперение — киль с рулем и цельноповоротные складывающиеся стабилизаторы. В головной обтекатель — турбореактивный двигатель для возвращения, носовую стойку шасси и рулевые двигатели. В межбаковый отсек — основные стойки шасси и узел крепления крыла.
А вот крыло — это нечто. Оно цельно-поворотное, на старте уложено вдоль корпуса, правая консоль вперед, левая — назад. Тоже очень старая идея: при развороте одна консоль работает как крыло обратной стреловидности (о проблемах которого немало наговорили в связи с «суховским» С-37). Считалось, что в реальных машинах эту идею не использовали. Оказывается, это не так. Цельноповоротное крыло давно применяется на крылатых ракетах ОКБ «Новатор» (об этой уникальной организации будет рассказано в одном из ближайших номеров журнала), то есть в нашей стране эта конструкция освоенная. Интересно, что участок наибольшего скоростного напора «Байкал» должен лететь «на спине»: расположенное там из общих компоновочных соображений крыло прижимается к фюзеляжу, а не отрывается от него.
И вот что получается. Расчетная сухая масса «Байкала» вдвое больше УРМ — 17,8 т против 8,5. Стартовая масса «Ангары-1.2» с «Байкалом» вместо УРМ — 168,9 т против 167. Ну и грузоподъемность, соответственно — 1,9 т против 3,7... Связка, аналогичная «Ангаре-3» (2 «Байкала» и УРМ), выводит на низкую орбиту 9,3 т (в полтора раза меньше), аналогичная «Ангаре-5» — 18,4 (на треть меньше).
Зато НЕТ ПОЛЕЙ ПАДЕНИЯ (обломки второй ступени падают где-то в Тихом океане). Больше половины носителя используется повторно, а это особенно важно в долгосрочной перспективе. Ведь уже само по себе мышление в стиле «использовать и выбросить» мешает применению в космической технике новых разработок, необходимых для дельнейшего освоения космоса, но бессмысленных в одноразовых конструкциях.
И ВСЕ-ТАКИ ОНИ СТРОЯТСЯ!
Когда-то пели: «Земля не может не вращаться, пилот не может не летать». А инженер, добавим, — не способен не творить. Тем более, не могут десятилетие простаивать заводы с многотысячными коллективами и КБ. Конечно же, после печальной памяти 1991-го в нашей стране появлялись новые летательные аппараты, но...
Таганрогские проектировщики и иркутские авиастроители могут гордиться своим Бе-200, но это же — чуть «обжатый» А-40, работы над которым велись с конца 1960-х! Тот же Центр имени М.В. Хруничева в прошлом году начал летные испытания разгонного блока «Бриз-М»: машина новая, однако в его основе — орбитальная ступень «Бриз», созданная в другое время и для других целей.
А сейчас мы видим то, чего раньше не было. И пусть Су-80 только начал летать, а первые старты «Ангары» и «Байкала» еще впереди — но это реальные, действительно новые и достаточно большие машины. Именно они, а отнюдь не громкие заявления руководства и бодрые финансовые отчеты свидетельствуют: отечественная аэрокосмическая промышленность ЖИВА! И жить будет!