Техника-молодежи №7 2000 г
 
 
ГЛАВНАЯ
СОДЕРЖАНИЕ
ВПЕРЕД
НАЗАД
<< продолжение темы

Все 67 лет (как раз в этом месяце исполнилось) своей истории «ТМ» рассказывал читателям о более или менее смелых проектах сложных технических систем «ближайшего будущего». Но... ровесники журнала миновали пенсионный возраст, а многое из описанного так и осталось «перспективой». И теперь мы, повествуя о создающихся образцах, просто обязаны объяснить читателю, почему? Почему мы все еще ездим на колесах, а не на воздушной или магнитной подушке, почему небо не застят армады транспортно-монтажных дирижаблей и трансконтинентальных экранопланов, почему океаны не заполонили атомные подводные грузовозы, почему жители Дальнего Востока замерзают, а не блаженствуют в мегаполисах с термоядерной энергетикой и замкнутой экологией... Почему до сих пор аэрокосмические системы (АКС) не несут на своих могучих крыльях львиную долю грузопотока «Земля - орбита»? Вот с последним и давайте попробуем разобраться.

НЕ ОШИБИТЬСЯ
В ВЫБОРЕ

ТЕОРИЯ ОБЕЩАЕТ. Какие же преимущества считаются неотъемлемой особенностью аэрокосмических комплексов, т.е. таких, основу которых составляют самолеты? Начнем со старта.
 
 
МКБ "Радуга" делает гиперзвуковой аппарат на немецкие деньги...

Для взлета ракеты нужно, чтобы тяга двигателей превышала, процентов на 20, стартовый вес машины, тогда как самолету достаточно 20 - 25 % той же величины, т.е. в 5 - 6 раз меньше. Правда, для сверхзвукового полета тяговооруженность (отношение тяги к весу) должна уже достигать 0,5, но ведь и масса самолета в процессе разгона уменьшается. Значит, при самолетном старте можно использовать двигатели меньшей тяги, но значительно большей удельной тяги, т.е. энергетически более эффективные, что уже серьезно - это уменьшает требуемый запас топлива. Более того, становится возможным применение воздушно-реактивных двигателей, которым не нужен окислитель, - они обходятся кислородом воздуха. Правда, на больших высотах работают только ракетные двигатели, но все равно, экономия существенная.

Немаловажный момент: горизонтальный старт предотвращает гравитационные потери скорости, которые у ракет достигают 10%. Ракета, идущая по баллистической траектории, крайне ограничена в боковом маневре, а поменять плоскость орбиты космического аппарата вообще очень сложно - чтобы просто повернуть ее на 90°, нужно столько же топлива, сколько на вывод на эту орбиту! Но самолет в атмосфере можно развернуть как угодно, хоть на обратный курс. Более того, если плоскость требуемой орбиты далека от аэродрома, сначала можно долететь до нее. Наконец, главное: аэрокосмическую систему можно сделать полностью многоразовой, с возможностью прекращения полета на любом участке разгона до космической скорости и аварийной (или штатной) посадки если не в любом, то в большинстве аэропортов мира. А это дает безграничные, на фоне одноразовых баллистических носителей, возможности по отработке конструкции, обеспечению безопасности, упрощению эксплуатации...

ПЕРЕВОД НА ТЕХНИЧЕСКИЙ ЯЗЫК. А такой язык предельно конкретен: тонны, килоньютоны, метры в секунду, градусы Кельвина... Так вот, будучи изложенной таким языком, картина представляется менее радужной. Для того чтобы ЛЮБОЕ тело вышло на околоземную орбиту, его нужно разогнать до скорости около 8 км/с - без малого, 29 тыс. км/ч. А все вышеописанные прелести реализуются при условии, что большую часть из этих «тыс. км/ч» АКС наберет в атмосфере... Просто для сравнения напомню, что крейсерская скорость магистральных рейсовых самолетов - 800 - 900 км/ч, Ту-144 и «Конкорда» - 2200 км/ч, самых быстрых сверхзвуковиков МиГ-25 и SR-71 - 2900 - 3400 км/ч, и только некоторые крылатые ракеты, экспериментальные в основном, выходят на 4000-6000 км/ч...

До сих пор нет однозначного ответа, можно ли вообще создать самолет, способный работать во всем диапазоне скоростей от примерно 250 - 300 км/ч на взлете до выхода на орбиту, - слишком уж различаются режимы полета. Казалось бы, логичное решение: многоступенчатый принцип, воздушный старт. Но и здесь все неоднозначно, главный вопрос: на какой скорости разделять ступени?

Как правило, рассматриваются два варианта: разделение на дозвуковой скорости и на сверхзвуковой (или гиперзвуковой). Вариант более чем двух- (например, трех-) ступенчатой схемы до недавнего времени не рассматривался, о нем поговорим позднее. И еще: если первой ступенью однозначно является самолет, то второй может быть как самолет, так и баллистическая (аэробаллистическая) ракета. Разделение на сверхзвуковой скорости - энергетически наиболее выгодное - требует создания тяжелого сверхзвукового (и даже гиперзвукового) самолета-носителя с внешним размещением полезной нагрузки - второй ступени. История авиации показывает, что это - сложнейшая научно-техническая задача сама по себе. Тяжелые сверхзвуковики можно пересчитать по пальцам, в серию же и эксплуатацию пошли вообще единицы. А, например, в прославленном отечественном проекте «Спираль» за гиперзвуковой разгонщик даже не брались, сосредоточив внимание на орбитальной ступени...

А при разделении на дозвуке говорить о самолете - первой ступени просто нельзя! Что это за ступень, которая дает всего 3 - 5 % требуемой скорости? Здесь, к сожалению, приходится забыть обо всех энергетических преимуществах АКС, оставив - с оговорками - только эксплуатационные. Практически, мы получаем ту же самую ракету (или космический корабль), только стартующую не с наземного космодрома, а с некоей летающей платформы.

Да, не нужны космодромы, шире выбор полей падения, не мешают государственные границы... При определенных обстоятельствах это может быть принципиально важно. Но в весовом совершенстве, а значит, - в топливной и экономической эффективности того, что запускается с самолета, мы проигрываем! Потому, что конструкция такого аппарата (а в описанных выше МАКСе и «Воздушном старте» это чистые баллистические ракеты!) работает в более тяжелых, чем при старте с Земли (и даже из-под воды), условиях: в течение большей части полета на комплекс действуют поперечные нагрузки, а «классические» носители сталкиваются почти исключительно с продольными.

Отсюда ясно - утверждения о большой эффективности таких АКС не имеют под собой почвы. Другое дело, если с дозвукового разгонщика стартует воздушно-космический самолет. Тогда конструкция последнего резко упрощается, ведь ему не нужны огромные крылья и тяжелые шасси, чтобы оторваться от Земли на малой скорости и с полным стартовым весом! Но почему-то отечественные разработчики уделяют этой схеме куда меньше внимания...

ПРИ ВСЕМ БОГАТСТВЕ ВЫБОРА... Товарищу Сталину приписывается высказывание: «Это верно политически, но неверно исторически!». К сожалению, оно блестяще описывает состояние дел с современными проектами аэрокосмических систем, по крайней мере, - отечественных.

Предыстория у них всех одна. Надо знать, что, в отличие от математики, проектно-конструкторские задачи не имеют однозначного решения. Обычно при создании любого нового образца параллельно прорабатываются множество (десятки) вариантов, число которых сокращается по мере продвижения работ. В недавние - советские, лучшие - времена отклоняемые версии успевали проработать достаточно глубоко, иной раз - до полноразмерных макетов. Причем зачастую отвергнутые - отнюдь не значит «плохие»: критерии, как правило, меняются со временем, и не принятое вчера может оказаться идеальным завтра.

Так вот, МАКС родился именно из такой - отвергнутой - разработки. Конкурирующее изделие представлялось следующим образом: вертикальный старт, параллельное размещение ступеней, первая - многоразовый ракетный блок в корпусе «Бурана», вторую образовывали одноразовый топливный отсек и тот же самый орбитальный самолет. Не имея ряда преимуществ самолетного старта, ракетный ощутимо выигрывал по энергетике, да и просто был привычнее, что тогда признали более существенным. А потом «посыпалась» страна, и стало не до новых разработок...

Судьба «Воздушного старта» несколько иная. Идея тоже не новая, причем даже в последнее время она выдвигалась уже дважды: КБ им. В.П. Макеева, как способ запуска одного из их конверсионных носителей (на базе баллистических ракет подводного базирования), который сбрасывался с Ил-76, и НПО «Южное», предлагавшее тот же «Руслан» в качестве летающего космодрома для конверсионной межконтинентальной РС-22.

При этом надо учесть, что макеевские ракеты запускались и запускаются с подводных лодок, а «продвинутые» конверсионные версии в лодочные шахты не помещаются, наземной же пусковой базы - своей - у них нет. Украинский же проект изначально рассчитывался на зарубежный рынок. Так что во всех случаях речь шла именно о способе мобильного старта, а не об авиационной первой ступени.

Теперь с тем же предложением выступила группа бывших сотрудников РКК «Энергия». Принципиально, что предлагается совершенно новая ракета на экологически чистых компонентах (кислород - керосин, даже метан), пусть и использующая полувековой опыт старейшего в отрасли предприятия.

И что получается? В обоих случаях - дозвуковое разделение с чисто ракетной второй (и третьей) ступенями, т.е. самый энергетически неоптимальный вариант. Мобильный старт остается единственным серьезным достоинством обсуждаемых схем. О возможности обхода запретов на экспорт космических технологий уже сказано достаточно, о выходе в плоскость нужной орбиты - тоже, но даже без рейсов к экватору самолетный старт поможет решить экологические проблемы! А именно - проблемы полей падений.

Ведь с любого стационарного космодрома носители можно запускать только так, чтобы отработанные ступени падали в специально для этого отведенные, безлюдные, районы. Одной из причин, почему полигон для межконтинентальных ракет разместился у Тюратама, а не на Кубани, как прорабатывалось, стало как раз то, что поле падения пришлось бы на уральские атомные объекты... Но даже в нашей бескрайней стране соответствующие территории не совсем безлюдны, и население не хочет «принимать на голову» горячие и ядовитые «железки».

Воздушный запуск баллистических ракет, в сочетании с достаточно точной системой управления, позволит «ронять» отработанные ступени буквально на «пятачок» при любом азимуте запуска - достаточно соответственно выбрать точку сброса с самолета!

Но преимуществом все описанное остается только в сравнении с обычными комплексами, баллистическими, многоступенчатыми, одноразовыми. А будущее - и это уже понятно - за носителями многоразовыми, широко использующими атмосферу, и по возможности - одноступенчатыми. По сравнению с ними - или даже с воздушным стартом аэрокосмического самолета - МАКС и «Воздушный старт» перспектив не имеют, времени же на создание и отработку они потребуют столько же. И стоит ли?..

ТАК - ЛУЧШЕ! Совершенно по другому обстоят дела с отечественными проектами фирмы «Маренго» (воздушный старт аэрокосмического самолета!) и наиболее, пожалуй, перспективной АКС - «Бурлак». Первая разработка просто ближе к идеальной схеме, другое дело - насколько реально создание экраноплана, способного уходить в стратосферу. Да и вообще - пока комплекс представляется малопроработанным, скорее - декларация о намерениях, «что мы сможем, если...». А вторая...

«Бурлак» - совместный проект МКБ «Радуга» и туполевского КБ. В качестве носителя, первой ступени, здесь выступает межконтинентальный стратегический ракетоносец Ту-160, вторая и третья ступени - собственно ракета «Бурлак», которую «Радуга» проектирует, опираясь на свой опыт создания крылатых ракет. Третий участник кооперации - КБхиммаш им. А.М. Мсаева, создатель жидкостных ракетных двигателей самого разного назначения, как для крылатых ракет, так и для автоматических межпланетных станций.

Сверхзвуковой бомбардировщик разгоняет ракету до 500 м/с - меньше, чем хотелось бы, но для первого раза сойдет. Кроме того, Ту-160 выполняет пуск с кабрирования (восходящего участка траектории), выводя верхние ступени на оптимальную траекторию разгона. В результате, комплекс должен поднимать на круговую полярную орбиту, высотой 1000 км, 550 кг, а на экваториальную, 200-км, -1,1 т. Для аэрокосмических систем - неплохо. Может быть, потому, что «Бурлак» - целостная система, заложенная, как единый комплекс, еще в советские годы под конкретную задачу - перехват спутников противника?

Снова и снова убеждаемся: в технике простая сумма даже лучших технологий не обязательно даст отличную машину. Конечно, реальные возможности науки и промышленности надо учитывать, но уж раз речь зашла о конкуренции, неплохо бы знать, чего хочет потребитель. То есть путь создания новой (тем более - принципиально новой) техники должен быть таким - изыскиваем технические средства под заданный конечный результат, а не придумываем конечный результат под располагаемые разработки!

К сожалению, в обнародованных планах наших самолетных и ракетных КБ нет - за единственным исключением - даже экспериментальных аппаратов с прямоточными воздушно-реактивными двигателями, которые, собственно, и сделают АКС экономически эффективной реальностью. Да и исключение это - экспериментальная крылатая ракета той же «Радуги» - больше стоит на земле. Почему-то сейчас гиперзвуковыми технологиями занимаются только двигателисты да научные институты, но двигатель - еще не весь самолет! Да, здесь нет готовых решений, пока только научные данные, которые еще нужно воплотить в металл и композиты. Да, это очень дорого. Но... это придется делать, иначе очень скоро нам, нашей стране, придется столкнуться с таким вот воздушным противником.
 
 
1 - сверхзвуковой самолет-разгонщик; 2 - гиперзвуковой ударный самолет SHAAFT; 3 - повторно используемый воздушно-космический аппарат военного назначения SCREMAR.

В 1996 г. по заказу командования американских Военно-воздушных сил слушателями военно-воздушной академии была выполнена работа под общим названием «ВВС-2025». Помимо вопросов управления, космических средств обеспечения и всевозможных беспилотников, немало внимания в ней было уделено и новой гиперзвуковой многоцелевой ударно-транспортной системе глобального радиуса действия, условно названной «S3».

Ее главной частью является гиперзвуковой самолет SHAAFТ, способный пролететь до 25 тыс. км со скоростью более 12М на высоте более 30 км. Он может нести одну или несколько гиперзвуковых же крылатых ракет дальностью до 1800 км или... повторно используемый воздушно-космический аппарат SCREMAR военного назначения. Но самое интересное: 8НААРТ стартует не с аэродрома, а с борта сверхзвукового самолета-разгонщика, «нулевой» ступени, по достижении тем скорости 3,5М на высоте около 20 км!

Такой способ старта резко облегчает конструкцию гиперзвуковой машины, упрощает ее доводку, вообще, делает ее реализуемой. Возможность поражения 12-махового аппарата даже лучшими современными зенитными ракетами - нашими - небесспорна. А в числе угроз, для парирования которых Соединенным Штатам Америки нужен «S3», разработчики называют не только «враждебные Северную Корею и Ирак», не только «враждебный Китай», но и «возрождающуюся Россию»!..

Сергей Соболь,
инженер

на предыдущую страницу к началу этой страницына следующую страницу