Спираль (авиационно-космическая система)
Спираль (авиационно-космическая система)
Авиационно-космическая система «Спираль» — система космического назначения, состоящая из орбитального самолёта, который по технологии воздушный старт должен был выводиться в космос гиперзвуковым самолётом-разгонщиком, а затем ракетной ступенью на орбиту.
Проект «Спираль», начатый в 1960-х гг, был ответом на программу создания США космического перехватчика-разведчика-бомбардировщика X-20 «Dyna Soar». [1] [2]
Разработка системы «Спираль» и её орбитального самолёта начались в конструкторском бюро ОКБ-155 А. И. Микояна летом 1966 года. Готовность системы к эксплуатации предполагалась в середине 1970-х годов. И в США, и в СССР эти программы были свёрнуты на разных стадиях разработки.
Содержание
Состояла из орбитального самолёта, который по технологии воздушный старт выводился в космос гиперзвуковым самолётом-разгонщиком, а затем ракетной ступенью на орбиту.
Теплозащита выполнена с использованием (ниобиевый сплав с покрытием на основе дисилицида молибдена).
Двигательная установка состояла из ЖРД орбитального маневрирования, 2-х аварийных тормозных ЖРД с вытеснительной системой подачи компонентов топлива на сжатом гелии, блока ориентации из шести двигателей грубой ориентации и десяти двигателей точной ориентации; турбореактивный двигатель для полёта на дозвуковых скоростях и посадки, санкционирующий на керосине.
Секретный ЭПОС
27 октября 1977 года впервые совершил самостоятельный полёт необычный аппарат, носивший официальное название ЭПОС и неофициальное имя «Лапоть». Его появлению способствовали конструкторские разработки в рамках секретного проекта «Спираль», нацеленного на создание боевого космоплана многоразового использования. ЭПОС так и не стал космическим кораблём, но опыт его испытаний оказал большое влияние на позднюю советскую космонавтику.
Космический ЭПОС
С августа 1965 года специалисты Опытно-конструкторского бюро завода №155 (ОКБ-155), которое возглавлял знаменитый авиаконструктор Артём Иванович Микоян, занимались темой «Спираль» (шифр 50-50). Проект предусматривал реализацию концепции военной авиационно-космической системы, состоявшей из пилотируемого самолёта-носителя, многоразового космоплана и ракетного ускорителя.
Хотя планы у бюро были прямо-таки «наполеоновские», наибольшую техническую проработку в системе «Спираль» получил лишь один элемент — экспериментальный пилотируемый орбитальный самолёт (ЭПОС), фигурировавший в документации под индексом 50. Его предполагали выводить в космос с помощью проверенной ракеты «Союз». Главный конструктор системы Глеб Евгеньевич Лозино-Лозинский обоснованно полагал, что если ЭПОС начнёт летать на орбиту, то вся программа получит поддержку вне зависимости от степени развития других проектных направлений.
Конструктивно ЭПОС создавался как пилотируемый аппарат, который будет служить прототипом орбитального разведчика и боевого космоплана. Ещё на этапе предэскизного проектирования в НИИ-2 Минавиапрома и ЦНИИ-30 ВВС прорабатывались вопросы его применения по целевому назначению — достаточно взглянуть на характерные заголовки выпущенных отчётов: «Боевое применение орбитального самолёта», «Об использовании орбитального самолёта для перехвата и инспекции космических целей и связи с орбитальной станцией», «Исследование вопросов организации газодинамического манёвра орбитального самолёта-разведчика для повторного прохождения над целью», «Предварительные исследования по ракете орбита-поверхность для орбитального самолёта в ударном варианте», «Предварительный анализ возможности боевого применения орбитального самолёта в вариантах разведчика и носителя ракеты орбита-поверхность».
Стыковка ЭПОСа с ракетой «Союз» прорабатывалась совместно с Особым конструкторским бюро (ОКБ-1) и его куйбышевским филиалом. Был произведён расчёт динамики вывода крылатого аппарата на орбиту, определены предел выводимой массы (6,8 т) и высота орбиты (до 150 км). Для снижения аэродинамического воздействия при старте орбитальный самолёт, как и любой космический аппарат, оснастили обтекателем, сбрасываемым после отделения первой ступени ракеты.
Поскольку обтекатель для ЭПОСа был значительно массивнее стандартного, то понадобились существенные доработки по прочности и системе управления носителя. Для ракеты «Союз» соответствие выдвинутым требованиям оказалось серьёзной проблемой, которую удалось решить только через сорок лет — на модификации «Союз-2-1А».
При первых запусках ЭПОСа конструкторы собирались проверить принципиальную осуществимость манёвра по изменению плоскости орбиты, ведь он должен был стать штатным в программе вылетов ударного и разведывательного вариантов будущего космоплана. Топлива для выполнения манёвра (2000 кг) хватало на поворот до 8°; в дальнейшем возможности аппарата планировали увеличить .
Испытательный полёт должен был выглядеть так. После проверки систем ЭПОСа в Монтажно-испытательном корпусе космодрома Байконур производится его заправка высококипящими компонентами топлива. Затем осуществляется стыковка с ракетой-носителем «Союз»: консоли крыла складываются, и после накатки головного обтекателя ракета с аппаратом общей высотой около 45 м (из которых 10 м приходится на находящиеся под обтекателем ЭПОС и силовую ферму крепления к ракете) вывозится на старт. Далее идут комплексные проверки, заправка ракеты, посадка пилота в кабину и набор предстартовой готовности.
Запуск производится ранним утром в течение трёх часов — время выбирается так, чтобы обеспечить посадку на аэродромы Советского Союза в светлое время суток. Ракета выводит ЭПОС на низкую рабочую орбиту высотой 130 км и наклонением 51° с периодом обращения около полутора часов. Там аппарат сбрасывает соединительную ферму и начинает получасовой тест бортовых систем, во время которого наземный Центр управления анализирует поступающую с борта телеметрическую информацию. После получения удовлетворительного результата начинается подготовка манёвра изменения плоскости орбиты: проверяются двигатели ориентации, и происходит стабилизация для выдачи ракетного импульса.
В начале второго витка, в зоне слежения наземных командных пунктов, включается маршевый двигатель, и через семь минут аппарат выходит на новую орбиту с наклонением 58° 45′.
На втором витке продолжаются испытания бортовых систем, затем ЭПОС готовится к посадке: консоли крыла занимают положение для входа в атмосферу, аппарат ориентирует себя для выдачи тормозного импульса.
ЭПОС имел важное отличие от других крылатых космических кораблей. Если американский «Спейс Шаттл» и советский «Буран» разворачивались задом наперёд, чтобы их тормозной импульс был направлен против вектора скорости, то ЭПОС поступал совсем иначе — поворачиваясь носом вниз и, соответственно, двигателями вверх, а его импульс был направлен перпендикулярно горизонту и как бы «прижимал» траекторию полёта к плотным слоям атмосферы. Такой вариант спуска становился возможным из-за очень низкой высоты орбиты, где ЭПОС всё ещё испытывал ощутимое воздействие атмосферы.
Гиперзвуковое маневрирование при спуске обеспечивало зону посадок ±1100 км в любую сторону от плоскости орбиты и до 4000 км в её плоскости. Максимальные перегрузки, испытываемые лётчиком на участке спуска, не должны были превышать 1,4 g. После снижения скорости до десяти звуковых консоли крыльев раскладываются во второе промежуточное положение с учётом особенности нового аэродинамического обтекания; окончательная раскладка происходит при скорости две с половиной звуковых.
На расстоянии 60 км до аэродрома запускается турбореактивный двигатель, и с высоты 2000 м начинается участок предпосадочного маневрирования на снижении с вертикальной скоростью 18 м/с. Скорость ЭПОСа при этом составляет около 400 км/ч, а максимальная перегрузка на вираже — 1,5 g. С высоты 500 м производится заход на посадку и касание полосы при 250 км/ч. Длина пробега аппарата, ещё горячего после торможения в атмосфере, не должна превышать 1700 м. В конце полосы ЭПОС и его пилота ждёт команда эвакуации.
Вышеописанный полёт вполне мог состояться в середине 70-х годов, после чего Советский Союз обрёл бы космический корабль нового поколения, но в дело, как часто случается, вмешалась политика.
Незавершённый ЭПОС
Летом 1966 года аванпроект «Спирали» представили на рассмотрение в Военно-промышленную комиссию при Совете министров СССР. В итоге дальнейшие работы были разрешены, но с условием передачи проекта в Министерство общего машиностроения. Получалось, что по сути авиационный проект волей правительства отдавали ракетчикам!
В то время советскую ракетно-космическую отрасль раздирали конфликты между генеральными конструкторами: они стремились опередить американцев на пути к Луне и боролись за военные заказы. Ситуация усугубилась после смерти главного конструктора ОКБ-1 Сергея Павловича Королёва в январе 1966 года и гибели лётчика-космонавта Владимира Михайловича Комарова при возвращении с орбиты в апреле 1967 года. На доработку корабля «Союз» ушло полтора тяжёлых года, поэтому принятие на баланс темы «Спираль» ни у кого из ракетчиков особого энтузиазма не вызвало. Проект сначала находился у Владимира Николаевича Челомея, затем перекочевал к Василию Павловичу Мишину.
Сам Артём Микоян прекрасно понимал, что передача проекта ракетчикам равносильна его закрытию. Поэтому, формально выполнив указание правительства, он продолжил работы у себя в бюро на «полулегальной» основе. Чтобы проект не мешал выполнению текущих заказов, его перевели в новый филиал ОКБ-155 в Дубне, который возглавил Пётр Абрамович Шустер. Там же собирались развернуть производственно-испытательную базу, включая аэродром для гиперзвуковых самолётов-носителей, который в принципе нельзя было строить в столице.
Во второй половине 1967 года, когда определился конструктивный облик ЭПОСа, начались работы по подготовке производства на Дубненском машиностроительном заводе, который прятался от глаз шпионов под безликим «п/я Р-6498». Тогда же специалисты решили, что для создания ЭПОСа необходима опережающая постройка пяти экспериментально-технологических изделий (№№001-005) для различных видов наземных тестов и трёх летных машин-аналогов для атмосферных испытаний: дозвукового самолёта-аналога 101 (105.11), сверхзвукового изделия 102 (105.12) и гиперзвукового аналога 103 (105.13).
Хотя работы по «Спирали» набирали обороты, сама тема держалась исключительно на личном авторитете Микояна, которому приходилось преодолевать растущее сопротивление руководства. Назначенные сроки постройки экспериментальной серии начали «сдвигаться вправо». Полный комплект документации по аналогу 101 был отправлен на завод только в 1970 году.
Из-за вырождения проекта от прежних амбициозных планов не осталось и следа. Дозвуковой самолёт-аналог стал называться ЭПОС, то есть получил обозначение, ранее принадлежавшее изделию 50 — орбитальной машине, запускаемой в космос с помощью ракеты.
Несмотря на понижение статуса, для своего времени ЭПОС оставался «чудом техники». При изготовлении практически каждого агрегата планера пришлось осваивать новые технологии, приёмы обработки сталей и титановых сплавов. Компоновка лётного экземпляра соответствовала выбранной схеме орбитального аппарата с тем лишь отличием, что он не должен был подвергаться интенсивному нагреву.
Наметившемуся прогрессу по теме «Спираль» 9 декабря 1970 года был нанесён серьёзный удар — в тот день умер Артём Микоян. На место генерального конструктора его бюро пришёл Ростислав Аполлосович Беляков, который, как считается сегодня, не обладал достаточным авторитетом для дальнейшего продвижения работ. В итоге развитие «Спирали» фактически остановилось, о чём красноречиво свидетельствует тот факт, что Лозино-Лозинскому поручили совсем другой проект — сверхзвукового перехватчика Е-155МП (изделие 83), позднее ставшего известным как «МиГ-31».
Казалось, что всё решено, но история дала ЭПОСу ещё один шанс подняться в небо. Программу спас молодой заместитель министра Алексей Васильевич Минаев — выходец из бюро Микояна, руководивший работами по созданию опытной авиационной техники. Ему удалось доказать руководству, что «Спираль» является актуальным и важным проектом, который при реализации вызовет большой политический резонанс.
Другим толчком к возрождению концепции авиационно-космической системы стало начало работ по программе «Спейс Шаттл». Глава государства Леонид Ильич Брежнев как-то поинтересовался, чем может ответить Советский Союз на появление американских многоразовых кораблей, и ему немедленно доложили: у нас есть «Спираль»!
В 1972 году было принято решение о продолжении работ над ЭПОСом силами Министерства авиапромышленности. Почти сразу в Дубне возобновилось производство изделий экспериментальной серии и дозвукового самолёта-аналога.
Воздушный «Лапоть»
Когда «Спираль» перешла в фазу рабочего проектирования, в Центре подготовки космонавтов сформировали группу для подготовки к полёту на изделии 50. В состав группы вошли пилоты, получившие хорошую подготовку: Герман Степанович Титов, Анатолий Петрович Куклин, Василий Григорьевич Лазарев и Анатолий Васильевич Филипченко.
Для участия в проекте требовалась квалификация лётчика-испытателя, поэтому в начале 1967 года группа была направлена на переподготовку в 8-й Государственный научно-испытательный краснознамёенный институт ВВС имени Чкалова (ГНИКИ, город Ахтубинск Астраханской области). Например, Герман Титов участвовал там в испытаниях самолётов «МиГ-21», «Су-7», «Су-9», «Су-11», «Як-28» и «Як-25РВ». Исключение сделали только для Василия Лазарева, ведь он стал лётчиком-испытателем ещё до поступления в Отряд космонавтов.
В 1969 году, после реорганизации ЦПК (его преобразовали в 1-й Научно-исследовательский испытательный Центр подготовки космонавтов имени Гагарина), группа проекта «Спираль» была выделена в 4-й отдел 1-го управления ЦПК, который возглавил Титов. Позже, после ухода Титова, его место занял Анатолий Филипченко.
Несмотря на интенсивные тренировки космонавтов, первые полёты на «Спирали» предстояло совершить не им: по существующей традиции новую технику «поднимает» шеф-пилот — глава группы испытателей бюро разработчика. Лишь после того, как машину опробуют на разных режимах «фирменные» испытатели, к полётам на ней могут быть допущены сначала лётчики ГНИКИ, а затем и строевые пилоты.
В случае «Спирали» функции испытателей и строевых лётчиков совмещали космонавты ЦПК, а шеф-пилотом ОКБ-155 в то время был заслуженный лётчик-испытатель Александр Васильевич Федотов. Именно ему предстояло поднять в воздух дозвуковой аналог 101, затем испытать сверхзвуковой аналог 102, и только потом представилась бы возможность «дотянуться» до космоса на гиперзвуковом аналоге 103.
Однако статус «Спирали» год от года снижался, что повлияло на приоритеты в подготовке. Начальник лётно-испытательного комплекса «фирмы» Микояна решил, что шеф-пилот должен заниматься более «ответственными» делами, и на полёты дозвукового аналога 101, который получил гордое имя ЭПОС, были направлены Авиард Гаврилович Фастовец и Валерий Евгеньевич Меницкий. Во вторую группу пилотов, сформированную в Лётно-исследовательском институте (ЛИИ), вошли Игорь Петрович Волк и Анатолий Семёнович Левченко. Для них был построен специальный стенд-тренажёр МК-10 на базе изделия № 002 — головной части фюзеляжа, на которой отрабатывались средства аварийного покидания и системы жизнеобеспечения ЭПОСа. Затем последовали тренировки на самолётах-лабораториях, созданных на базе истребителей «МиГ-21» и «Су-7Б». Основным отличием лабораторий от серийных машин был частично заклеенный фонарь пилотской кабины — таким способом имитировалась ограниченность обзора из садящегося ЭПОС: лётчики должны были зрительно привыкнуть к определённой траектории снижения.
