Техника-молодежи №7 2000 г
 
 
ГЛАВНАЯ
СОДЕРЖАНИЕ
ВПЕРЕД
НАЗАД

Любой космический полет сегодня начинается на гигантском, уникальном по своей сложности, тысячами нитей привязанном ко всей глобальной инфраструктуре цивилизации техническом комплексе, именуемом космодромом. Долгие десятилетия наша космонавтика, как на трех китах, нерушимо стояла на трех «космических гаванях» - Байконуре, Капустном Яре и Плесецке. Но теперь...

КОСМОДРОМ НА... КРЫЛЬЯХ

Космодром Байконур оказался за рубежом, и теперь за его эксплуатацию надо платить Казахстану; Плесецк, ввиду своего географического положения, может осуществлять вывод полезной нагрузки далеко не на все орбиты; Капустин Яр изначально был пригоден только для легких ракет и не имеет перспектив роста; новый же Свободный (на Дальнем Востоке) пока может работать только с конверсионными переделками боевых межконтинентапок, под более солидные носители все нужно строить заново...

Таково сегодняшнее положение в отечественной космической отрасли. Именно поэтому, наверное, с таким интересом были встречены известия о первых запусках ракет с международного морского космодрома «Морской старт» (подробности в «ТМ», №2 за 1997 г. и №5 за 1999 г.). Но строился комплекс, в основном, на зарубежные деньги, и наше долевое участие в проекте не столь уж и велико. Да и по ряду других причин он, в существующем виде, не представляется достойной внимания альтернативой.

Впрочем, есть еще один выход из положения - использовать старт космических ракет с борта самолета-носителя.

«ВОЗДУШНЫЙ СТАРТ» НА КРЫЛЬЯХ «МОЛНИИ».

Аэрокосмическая корпорация «Воздушный старт» проводит комплексные испытания системы выведения телекоммуникационных спутников весом до 2,5 т на низкие орбиты, предусматривающей запуск ракеты путем ее десантирования из самолета ан-124-100 «Руслан», сообщило агентство ИТАР-ТАСС в начале 1999 г.
"Воздушный старт": обычная баллистическая ракета запускается с борта транспортного самолета. Цифрами обозначены: 1 - самолет-носитель; 2 - ракета; 3 - стабилизирующий парашют.

«Руслан» доставляет двухступенчатую ракету с установленным на ней спутником в любую точку над океаном либо над сушей, где... сбрасывает. Через 6 с падения запускаются двигатели ракеты, благодаря стабилизирующему парашюту принявшей вертикальное положение. Дальше разгон космического носителя происходит по обычной схеме.

Комплекс «Воздушный старт» может работать практически в любой точке земной поверхности, где есть взлетно-посадочная полоса длиной не менее 3 км. Существенно важно, что установить спутник на носитель можно непосредственно на территории заказчика, таким образом решив проблему ограничений на экспорт космических технологий. Самолет-носитель «Руслан» фактически служит возвращаемой и многократно используемой первой ступенью системы вы ведения спутника на околоземные орбиты. Его применение позволяет вдвое снизить стоимость выведения 1 кг полезного груза на опорную орбиту по сравнению со стоимостью аналогичных услуг уже эксплуатируемых наземных комплексов.

«Воздушный старт» - далеко не первое отечественное предложение подобного рода. Еще с начала 90-х гг. на всех международных авиасалонах наши специалисты демонстрируют систему (очевидно - конверсионную) «Бурлак». Межконтинентальный стратегический ракетоносец попытались приспособить для решения вполне мирных задач, скажем, - выведения на орбиту небольших и легких спутников связи. И это лишь один из вариантов применения уникальной технологии. Есть и другие. Например, существует проект глобальной спасательной системы «Призыв» («ТМ», №4 за 1998 г.). Но баллистические ракеты, которыми предлагается доставлять спасательное оборудование, нельзя запускать в любом направлении (иначе потом придется проводить спасательные работы еще в местах падения ступеней).

Впрочем, коль мы уж заговорили о пилотируемых воздушно-космических системах, важнее здесь другое. Орбитальный «Союз» - аппарат, безусловно, заслуженный, но создавался давно и отнюдь не для снабжения орбитальных станций. «Шаттл» чересчур велик и снижению себестоимости выведения полезных грузов не способствует. Так может, предпочтительнее аэрокосмические системы? Создание многоразовых транспортных кораблей «Спейс шаттл» и «Буран» не оправдало ожиданий разработчиков - стоимость изготовления и эксплуатации этих транспортных средств оказалась чересчур высокой. Однако приобретенный опыт позволил подойти вплотную к созданию полностью многоразовых транспортных систем, в первую очередь авиационно-космических (АКС) со стартом с самолета. Удельная стоимость вывода космической нагрузки на орбиту с их помощью может быть снижена в несколько раз за счет применения самолета-носителя, обеспечивающего старт орбитального корабля с начальной скоростью, равной скорости самолета.

Наиболее известной отечественной разработкой такого рода была система «Спираль», создававшаяся в КБ А.И. Микояна под руководством Г.Е. Лозино-Лозинского с 1965 до середины 1970 гг. («ТМ», №1 за 1992 г). Со «спины» сверхзвукового разгонщика (его создание так и не началось) ракетной ступенью должен был запускаться маленький воздушно-космический самолет (а его аналог испытывался в воздухе). Но по причинам, далеким от технических, все работы были прерваны. Говоря проще, тогдашнее руководство страны не увидело в подобных системах особого резона - ведь у американцев такого не было - и прекратило финансирование разработки. Работы возобновились лишь в 80-х гг. в НПО «Молния», под руководством уже генерального конструктора Лозино-Лозинского на основе разработок и исследований, связанных с созданием «Бурана». Новая система получила название МАКС - многоразовая авиационно-космическая система.

Первым из ее технических преимуществ можно назвать способность запуска полезного груза со стартом на любой географической широте и, следовательно, практически с любым наклонением плоскости орбиты к экватору. Кроме того, необходимость вывода на заданную орбиту может возникнуть при срочной разведке районов техногенных и природных чрезвычайных ситуаций, а также при спасательных операциях в .космосе. В последнем случае спасательный корабль должен стартовать в той же плоскости, что и терпящий бедствие. Ожидание момента пересечения этой плоскости точкой старта может составить у ракет до 5 суток, у МАКСа же - не более 12ч. Как видите, большим преимуществом МАКСа является высокая оперативность применения.

Кроме того, при его эксплуатации отпадает необходимость в отчуждении земель под поля падения отработавших ступеней, что важно и с экономической, и с экологической точек зрения. МАКС состоит из самолета-носителя Ан-225 «Мрия» и установленной на нем ракетной ступени массой 275 т. Та предлагается в 3 вариантах: пилотируемый двумя космонавтами либо беспилотный 27-тонный орбитальный самолет с одноразовым топливным баком (основной вариант, МАКС-ОС), грузовой невозвращаемый модуль (МАКС-Т) и полностью возвращаемая ступень (МАКС-М). Величина нагрузки, выводимой ими на опорную орбиту высотой 200 км и наклонением 51° составляет, соответственно, 8,3 - 9,5, 18 и 5,5 т. На геостационарную же орбиту МАКС-Т может вывести до 5 т.

На орбитальном самолете МАКС-ОС предполагается использовать двухкамерный маршевый двигатель, работающий на трехкомпонентном топливе и способный выдержать до 10 полетов (сам же ОС - 100 запусков). При старте он работает на компонентах «керосин - жидкий кислород», по мере разгона и выхода из плотных слоев атмосферы переходит на «жидкий водород - жидкий кислород». Такой режим дает возможность значительно уменьшить объем, а значит, - габариты и массу топливного бака.

Высокое аэродинамическое качество ОСа позволяет ему при спуске уходить на 2000 км от плоскости орбиты, т.е. либо садиться на аэродромы по всей территории России, либо с любого витка сесть на заданную полосу. Для старта МАКСа, считают его создатели, пригоден любой аэродром 1 -го класса, оснащенный оборудованием для межполетного обслуживания и заправки горючим орбитальной ступени. Подсчитано, что при ежегодных 20 - 40 запусках, затраты на МАКС окупятся за 3 года. После этого прибыль, гарантируемая инвесторам, составит 1 млрд долларов ежегодно.

МАКС ВЫЗЫВАЕТ ВОПРОСЫ.

Да только не слишком ли опимистичны разработчики МАКСа? Сомневается в их выкладках бывший начальник 50 ЦНИИ МО СССР (потом - РФ, а с объединением военно-космических сил и ракетных войск стратегического назначения институт ликвидирован), профессор, доктор технических наук, академик Академии космонавтики имени К.Э. Циолковского, специалист в области ракетно-космической техники Э.В. Алексеев. «Вполне логично, - считает он, - что с особой тщательностью нужно вести работы в тех направлениях, где уже создан значительный задел».

Но... Первым и главным достоинством МАКСа считается снижение стоимости выведения полезной нагрузки на орбиту в несколько раз и полная окупаемость за три года эксплуатации. А если посмотреть публикации на эту тему за последние несколько лет, то бросается в глаза разброс цифр: «стоимость выведения меньше в 10 раз...8 раз...5 раз.,.3 раза». Что касается срока окупаемости, то он, в различных источниках, «плавал» от 3 до 7 - 8 лет. А ведь речь идет о суммах, соизмеримых с десятикратным (!) ежегодным бюджетом всей Федеральной космической программы России.

Как показывает практика, стоимость транспортировки 1 кг полезного груза, выводимого на околоземную орбиту одноразовой ракетой, на порядок меньше, чем многоразовой. Это соотношение изменяется только при существенном увеличении количества пусков. Чтобы стать рентабельной, такая система, как МАКС, должна использоваться, как минимум, 100 раз - прежде, чем будет списана. Однако насколько реализуемо такое пожелание?

Получение заказов на 20 - 25 пусков зарубежных аппаратов в год представляется нереальным, поскольку рынок услуг поделен не в нашу пользу. Если же говорить об отечественном рынке, то здесь значительную конкуренцию составят ракеты, снимаемые с вооружения, для которых существует дилемма - либо использоваться для вывода в космос, либо просто быть утилизированными.

Кроме того, Алексеев считает, что МАКС повторяет ошибки «Энергии»-«Бурана»: система создается без привязки к конкретным космическим аппаратам. Это вообще делает все разговоры об экономической эффективности беспредметными. Рассматривая возможности использования самолета в качестве первой ступени орбитального корабля, он отмечает как положительные, так и отрицательные стороны. С позиции энергетической эффективности, явные преимущества имеет ракетная ступень: она выводит аппарат на высоты 70 - 150 км, тогда как самолет - только на 10 км. Ракета дает прибавку в достижении .орбитальной скорости 40%, тогда как самолет - всего 5%.

В то же время самолет, как подвижный старт, безусловно, имеет ряд интересных потенциальных преимуществ перед стационарными комплексами. Одно из них - возможность запуска космического аппарата в плоскости экватора при так называемом «методе прямого выведения на геостационарную орбиту». Однако продолжительность полета самолета до экватора, необходимость дозаправки в воздухе делают воплощение этой схемы сложным и требуют специальных мер по обеспечению безопасности и компенсации потерь криогенных компонентов топлива.

Более чем сорокалетний опыт космической деятельности, кроме ярких достижений, включает и печальные страницы. Катастрофы прошедших лет, расследование их обстоятельств и причин позволили выработать нормы безопасности, которые нашли отражение в законе «О космической деятельности», а также в нормативных документах РК-98-КТ. А у разработчиков МАКСа ни одно из этих требований не нашло отражения в окончательном варианте проекта, говорит Алексеев. Они забыли, что жидкие водород и кислород взрывоопасны. О несерьезном отношении к проблеме безопасности свидетельствует, в частности, предложение начать испытания МАКСа на аэродроме Чкаловский в густонаселенном районе Подмосковья.

Какие меры будут приняты в различных внештатных и аварийных ситуациях? Это нужно было решать в начальной стадии проектирования. Что до сих пор не сделано, даже несмотря на официальное заключение по этому вопросу 50 ЦНИИ МО СССР, данное еще 27 февраля 1990 г. за подписью того же Алексеева. На пробелы в вопросах безопасности проекта тогда же указала экспертная Комиссия при АН СССР, возглавляемая академиком РАН К.В. Фроловым, созданная в соответствии с Постановлением Совета Министров СССР от 6 мая 1989 г. с целью дать заключение по перспективности проекта МАКС.

Не менее важным является и выполнение требований к траекториям выведения космических аппаратов, которые должны быть безопасны для населения, объектов государственной инфраструктуры; их выбор в обязательном порядке выполняется с учетом внештатных ситуаций. Кстати, трассы существующих космодромов выбраны с учетом этих ограничений и непрохождения участка выведения над территориями иностранных государств. Между тем, авторы МАКСа, отмечает Алексеев, объявляют о перспективах проведения запусков из любых точек, и единственным критерием выбора называют только нужные параметры орбит спутников, ни слова не говоря о требованиях безопасности.

КРЫЛЬЯ НАД МОРЕМ.

Так что МАКС, похоже, еще долго будет летать только на бумаге. Тем более, что у него появились достаточно серьезные конкуренты, обладающие теми же достоинствами, но лишенные указанных недостатков. Речь, в частности, идет о создании гибридных воздушно-космических систем морского базирования. Вот как, к примеру, описывает одну из них ее разработчик, директор и главный конструктор ТОО «Маренго» Н.Абросимов.

По прогнозам специалистов, емкость мирового рынка средств выведения в 2000 - 2009 гг. составит 45 млрд долларов. Из них около 27,3 и 12 млрд пойдет на создание тех из них, которые смогут доставлять полезные грузы на геостационарную орбиту и на низкие околоземные орбиты соответственно. Причем доля тяжелых носителей в грузопотоке со временем значительно увеличится. Сегодня на этом рынке сложилась довольно противоречивая ситуация. С одной стороны, уже существует целый ряд одноразовых космических средств с соответствующей инфраструктурой. Однако затраты на их производство и эксплуатацию высоки, а надежность составляет всего 0,92 - 0,96. С другой стороны, создание перспективной, более надежной и дешевой многоразовой транспортной космической системы (МТКС) потребует времени и значительных средств. Работы в этом направлении ведутся в США, Франции, Японии и других развитых странах. Уникальный технологический и экспериментальный задел и у России. Многое сделано, к примеру, при создании системы «Энергия» - «Буран».

ТОО «Маренго» предлагает свою концепцию универсальной МТКС высокой грузоподъемности. Ее основными элементами являются воздушно-космический самолет (ВКС) и разгонно-стартовая система на базе экранолета. Многие используемые при ее разработке идеи уже опробованы и нашли подтверждение, имеется и соответствующая промышленная база. Поэтому как сама система, так и ее инфраструктура могут быть созданы за 8-9 лет.

Экранолет с космическим самолетом разгоняется до заданной скорости и уходит от экрана, земной поверхности. На высоте 8 - 12 км дается команда на включение двигателей космического самолета, который отделяется от носителя и продолжает набирать скорость. Он доставляет полезную нагрузку на опорную орбиту, а потом возвращается на Землю.

Создатели ВКС предлагают использовать прошедшие испытания модернизированный топливный отсек и двигательную установку второй ступени космической системы «Энергия» - «Буран», а также планер, шасси и систему посадки орбитального корабля. Стартово-разгонный экранолет может быть построен в России за 6 - 6,5 лет на базе имеющегося в этой области научно-технического задела. Предлагается поэтапная реализация проекта, что позволит сократить сроки возврата вложенных средств и в дальнейшем получить значительную прибыль.

Сначала создается надежная и экологически безопасная система выведения тяжелого класса с одноразовой двухступенчатой ракетой-носителем. В качестве первой ступени используется модернизированный блок второй ступени «Энергии» (топливный отсек укорачивается на5 - 6 м, вместо шести двигателей устанавливаются четыре), второй - доработанная третья ступень ракеты «Союз». Различные модели разгонных блоков обеспечат доставку спутников на геостационарную и просто высокие околоземные орбиты, позволят отправлять межпланетные экспедиции.

По расчетам специалистов, срок реализации первого этапа составит 3,5 - 4 года при стоимости 2 млрд долл. Через 4 года, при 10 пусках ежегодно, эти затраты (с учетом процентов за кредиты) полностью окупятся. На втором этапе кислородно-керосиновый блок заменят новым кислородно-водородным разгонным блоком, что увеличит грузоподъемность носителя.

На третьем этапе завершается создание универсальной многоразовой транспортной системы «Земля - Космос - Земля» грузоподъемностью до 55 т (прорабатывается ее увеличение до 60 т). К началу полетов ВКС пройдут многолетние испытания и двигательная установка, и кислородно-водородный ракетный блок, который будет использоваться для выведения очень больших полезных грузов. Повышению надежности системы и увеличению вероятности спасения груза на любом этапе выведения способствует то, что исключен один из наиболее рискованных этапов полета - вертикальный пуск с помощью ракетных двигателей. Резервирование гарантирует выполнение программы при отказе любого маршевого двигателя на всех участках полета, а включение двигателей самолета на достаточно большой высоте дает необходимый запас времени для спасения груза при аварии.

После завершения полета ВКС приземляется на аэродромную полосу, как корабли «Буран» и «Спейс шаттл». Кроме того, рассматривается вариант посадки на экранолет, что исключает необходимость строительства аэродромного посадочного комплекса, сокращается время и стоимость межполетного обслуживания. Система становится более гибкой, потому что не привязана к стационарным сооружениям. Один и тот же экранолет может использоваться как для старта, так и при возвращении.

В дальнейшем затраты на транспортные космические услуги будут еще снижаться из-за увеличения частоты пусков и объема грузопотока. К сказанному добавим, что проект Абросимова - не единственный. Как мы уже писали («ТМ», № 5 за 2000 г.), идея использования экранолетов приходит в головы и других конструкторов. В недавнем номере журнала «NEW Scientist» опубликована статья, посвященная совместным разработкам российских и японских конструкторов. Речь идет о гигантском экранолете, оснащенном ракетным двигателем и способном лететь над поверхностью воды с околозвуковой скоростью. А.Небылов - директор Международного института современных аэрокосмических технологий (Санкт-Петербург) считает, что при горизонтальном запуске космического носителя с высокой начальной скоростью можно обойтись без дополнительных ускорителей. Возвращаясь, космический корабль будет «прикрыляться» на движущийся экранолет. Такой «трюк», кстати, был опробован нашими летчиками еще в 30-е гг., когда истребители стартовали и возвращались на крыло самолета-авиаматки.

В общем, как видите, в идеях у русских, как всегда, недостатка нет. Остановка, как обычно, за малым: где взять денег на осуществление этих (или иных) замечательных конструкций?

Станислав Николаев,
инженер.

на предыдущую страницу к началу этой страницына следующую страницу