|
Местный
Регистрация: 13.05.2010
Адрес: Смоленск
Сообщений: 8,853
Репутация: -32
|
Многоразовый орбитальный корабль ОК-92, ставший "Бураном"
Вариант многоразовой космической системы "Буран" образца 09.01.1976
Академик Валентин Петрович Глушко
5 января 1972 года Президент США Ричард Никсон утвердил программу разработки многоразовой космической системы "Space Shuttle".
Советскому Союзу потребовался адекватный ответ, и он был сделан - 30 лет назад, 9 января 1976 г. Валентин Петрович Глушко утвердил Техническую справку "Многоразовая космическая система с орбитальным кораблем (ОК) ОК-92". Этот 65-ти страничный документ сформировал облик многоразовой космической системы (МКС) и определил судьбу нашей космонавтики на последующие 15 лет. Техническая справка содержала сравнительный анализ нового варианта корабля - ОК-92, который стал дальнейшим продолжением ОС-120, но имел два главных принципиальных отличия - у него отсутствовали маршевые кислородно-водородные двигатели (они были перенесены на центральный блок РН), но взамен появились два воздушно-реактивных двигателя (ВРД) для обеспечения возможности самостоятельных полетов в атмосфере.
Предложив вариант ОК-92, наши конструкторы превзошли по эффективности систему "Спейс Шаттл" еще в январе 1976 года, за пять лет до первого полета "Колумбии"!
Генеральный поставил свою подпись с большой неохотой, "скрипя сердце". И на это у него были все основания - появлению Тех.справки предшествовали бурные события, о которых мы и расскажем.
Цитата:
Появление первых вариантов МКС с орбитальным кораблями ОС-120 и МТК-ВП
Придя в НПО "Энергия" в мае 1974 г., Валентин Петрович первым делом закрыл программу лунной ракеты Н1 и предложил свою концепцию развития отечественной космонавтики, заключавшуюся в создании семейства ракет различной грузоподъемности путем параллельного соединения различного числа унифицированных (модульных) блоков диаметром 6 м. Новые ракеты-носители, получившие индекс РЛА - ракетные летательные аппараты, отличались друг от друга количеством боковых блоков в составе первой ступени. На каждом блоке планировалось установить новый мощный кислородно-керосиновый ЖРД РД-123 тягой около 600 тс на уровне моря. Семейство РН включало:
РЛА-120 грузоподъемностью 30 т на орбите (первая ступень - 2 блока) для решения военно-прикладных задач и создания постоянной орбитальной станции;
РЛА-130 грузоподъемностью 100 т (первая ступень - 4 боковых блока) для реализации лунной программы;
РЛА-150 грузоподъемностью 250 т (первая ступень - 8 боковых блоков) для полетов на Марс.
Рассказывая на первой встрече с коллективом о своей программе, Глушко произнес свои знаменательные слова: "Твердо знаю, чего мы делать точно не будем - не будем копировать американский шаттл!"
Валентин Петрович понимал: экономика страны не потянет пилотируемый полет на Луну и одновременное создание многоразового орбитального корабля. А Луна для Глушко была важнее всего! Поэтому он в первую же неделю работы на новом месте приостанавливает деятельность подразделения по МКС, руководимого Валерием Бурдаковым. Ситуацию спас Игорь Садовский, помощь которого оказалась неоценимой.
Игорь Николаевич Садовский - первый главный конструктор МКС
Отношения между Глушко и первым заместителем уволенного им Василия Мишина Садовским складывались непростые. Примером тому может служить история, произошедшая спустя некоторое время, когда Глушко собрал второе, расширенное совещание, на котором еще раз остановился на своей идее разработки унифицированного семейства носителей, созданных из разного количества типовых ракетных блоков. Рассказывая об этом, Валентин Петрович в качестве иллюстрации взял в руку пачку одинаковых карандашей и стал показывать различные варианты будущих РН, зажимая в руке разное количество карандашей. Присутствующая аудитория отнеслась к этому негативно - первый же выступающий заявил: "Мы это проходили еще с М.К.Тихонравовым в 1953 году при выполнении работ по теме "Пакет" в НИИ-4. Ничего у вас не получится - нельзя из одинаковых блоков создать семейство носителей разных классов так, чтобы каждый из носителей был бы достаточно эффективен в своем классе".
После первого выступления в зале раздалось еще много подобных реплик с мест, общий смысл которых сводился к тому, что, создавая универсальный ряд ракет-носителей, нужно начинать с носителя самого легкого класса, и после отработки использовать его в качестве верхней ступени носителя следующего, более тяжелого класса, и так далее до носителя сверхтяжелого класса.
Под огнем критики оппонентов Глушко сказал: "Я двигателист, и в ракетах пока учусь у Садовского" (впоследствии эту фразу Валентин Петрович говорил многократно. Это была страховка - если что-то пойдет не так, то в конечном итоге будет виноват Садовский).
После этого совещания Садовский, "накаченный" В.Бурдаковым, напросился к Глушко на прием на 10 часов вечера. В разговоре он сумел убедить Глушко, что "...распускать сектор по многоразовой тематике сейчас неправильно по политическим причинам - американцы создают свой "Спейс Шаттл", тема МКС сейчас у всех на устах, ею интересуются в ЦК КПСС, в ВПК, военные нервничают, и мы, как головная организация, должны быть в курсе дела, имея возможность давать аргументированные ответы на возникающие вопросы". Угроза роспуска сектора Бурдакова миновала, более того, инициатива Садовского оказалась наказуема - именно ему Глушко подчинил "службу 16", которая стала заниматься вопросами МКС.
Игорь Садовский как нельзя лучше подходил на эту роль, ведь наши работы по МКС проводились как ответ на заокеанскую систему "Спейс Шаттл", имевшую в своем составе два твердотопливных ускорителя в качестве I ступени, а Садовский был наиболее квалифицированным специалистом в НПО "Энергия" по крупным РДТТ и не просто разбирался в них, но и имел большой опыт создания твердотопливных ракет[1].
Подтверждая правоту Садовского, за работами по многоразовой тематике внимательно следил потенциальный заказчик - Главное управление космических сил СССР (ГУКОС) в лице начальника генерал-полковника Андрея Карася, тем самым защищая подразделение Бурдакова от возможных "внутрифирменных" репрессий.
Во второй половине 1975 года в судьбе МКС произошло знаменательное событие - для "серьезного" разговора в НПО "Энергия" приехал министр Сергей Афанасьев со своим заместителем Олегом Баклановым. На совещании присутствовали Валентин Глушко, секретарь парткома Тишкин, Борис Черток, Юрий Семенов, Константин Бушуев, Игорь Садовский со своим замом Павлом Цыбиным, Яков Коляко, Евгений Шабаров, Ефрем Дубинский, и.о. начальников отделов Феликс Титов и Валерий Бурдаков и другие специалисты.
Оглядев присутствующих, Бакланов начал совещание: "Товарищи! В адрес готовящегося XXV съезда нашей партии уже пришло несколько тысяч писем с мест, в которых рядовые коммунисты озабочены разработкой американцами многоразовой космической системы "Спейс Шаттл", и спрашивают[2] - а готовы ли мы к этому вызову?"
Завязалось обсуждение, в ходе которого выявилось две кардинально противоположные точки зрения. Первая выражала уверенность в нашей неспособности создать многоразовую космическую систему, подобную американской. Выступающие (в первую очередь Бушуев и Черток) утверждали, что создание подобной системы невозможно ни по возможностям НПО "Энергия", ни по состоянию научно-производственного потенциала нашей страны. Другая точка зрения, которую отстаивали И.Н.Садовский и В.П.Бурдаков, сводилась к тому, что создать отечественную многоразовую космическую систему можно, но для этого придется подключить к работам Минавиапром для создания планера ОК. Спор разгорелся ожесточенный, с переходом на личности - именно на этом совещании четко определился водораздел между сторонниками и противниками создания советской МКС.
Если такие противоречия существовали внутри головной организации МОМа, то что можно говорить о научно-промышленной элите страны - проект имел как влиятельных сторонников, так и твердых противников. Никакой ясности с МКС не было - военные (ГУКОС) склонялись в пользу МКС, промышленность сопротивлялась, ведя вялотекущие научно-исследовательские и аналитические работы. Значительная часть руководства отрасли заняла выжидательную позицию.
В.П.Глушко знал настроение секретаря ЦК по оборонным вопросам Дмитрия Устинова и понимал, что все равно в области МКС что-то предлагать необходимо. Поэтому служба Садовского стала искать способ совмещения предлагаемого ряда унифицированных ракет-носителей (другими словами, "овцы целы") и МКС ("и волки сыты") хотя бы в одном из вариантов. Самым простым решением было разместить многоразовый ОК сверху на носителе подходящей грузоподъемности, например на РЛА-130. Однако этот вариант, позволяющий сохранить универсальность РН РЛА-130, был отвергнут по прочностным и весовым соображениям. В то же время боковое расположение ОК позволяло использовать ракету не только в составе МКС, но и самостоятельно для вывода обычных полезных нагрузок.
Однако решение с боковым расположением полезного груза было чревато "политическими" последствиями - компоновка такого ракетного комплекса в итоге приближалась к компоновке системы "Спейс Шаттл". В этом случае оставался всего один шаг до прямого копирования шаттла - нужно было только перенести маршевые двигатели со II центральной ступени на орбитальный корабль, и Глушко опасался, что этот шаг его могли заставить сделать указанием "сверху". Но тогда это означало прощание с его идеей универсальности РН РЛА-130 и всего семейства носителей в целом - ведь в этом случае вместо полноценного центрального ракетного блока II ступени получился бы только внешний топливный отсек, который мог быть использован исключительно в составе МКС.
С анализом возможностей копирования шаттла тоже было не все гладко. Конструкторским подразделениям Садовского сразу стало ясно, что использование твердотопливных ускорителей (ТТУ) в качестве I ступени отодвинет сроки реализации проекта еще на 8-10 лет из-за неготовности промышленности к производству крупногабаритных ТТУ. Поэтому в качестве топлива сразу были выбраны кислород и керосин для первых ступеней, и кислород с водородом - для второй. Копии шаттла уже в любом случае не получалось! Но и в этом было и свое преимущество - жидкостные блоки первой ступени позволяли за счет более высокого удельного импульса своих ЖРД по сравнению с РДТТ уравнять характеристики "Шаттла" и нашей МКС в части массы выводимых полезных нагрузок при более высокоширотном старте с Байконура.
При представлении в середине 1975 г. подготовленной в НПО "Энергия" "Комплексной ракетно-космической программы" на обсуждение в Совместный научно-технический совет Минобщемаша и Минобороны Валентин Глушко "отдал дань моде" - окончательные технические предложения по семейству РЛА включали в себя также основные конструктивные решения по многоразовым космическим системам. Пытаясь сохранить программу создания тяжелых РН, Глушко предложил использовать будущую ракету РЛА-130 в качестве РН многоразового ОК. В процессе многодневного обсуждения Совместный научно-технический совет МОМ и МО с подачи ГУКОС настоял на смене приоритетов в интересах военных, выдвинув на первый план необходимость более подробного рассмотрения вопросов создания МКС типа "Спейс Шаттл". Так во второй половине 1975 г. в проекте программы появился новый том - 1Б "Технические предложения", в котором были приведены состав, назначение и основные характеристики МКС "Буран" с крылатым 120-тонным орбитальным самолетом, получившим индекс "ОС-120", во многом аналогичного американской крылатой орбитальной ступени многоразовой системы "Спейс Шаттл". В преамбуле тома 1Б отмечалось, что "из-за отсутствия сформулированных Министерством Обороны тактико-технических требований к МКС облик этой системы складывался на основе результатов широких исследований, проведенных в целом ряде научно-исследовательских организаций отрасли и МО". Другими словами, в середине 1975 г. будущий Заказчик - Министерство обороны СССР - еще не знал толком, что же он хочет от промышленности, поэтому промышленность сама самостоятельно "нарисовала хоть что-то для начала разговора", взяв за основу аналог потенциального противника. Тем не менее, выполнялось главное требование - создаваемая система по своим основным характеристикам "...не должна уступать американской многоразовой системе "Спейс Шаттл", что должно обеспечить уравнивание потенциалов СССР и США в области освоения околоземного космоса и исключить ситуации, при которых появление системы "Спейс Шаттл" могло бы быть сопряжено с эффектом технической внезапности в военном аспекте использования космического пространства".
Решение НТС от 29 июля 1975 г. предписывало провести оптимизацию основных тактико-технических характеристик и уточнить облик МКС. Видя по принятому решению НТС, что "отвертеться" от создания МКС не удастся, ее противники внутри НПО "Энергия" (Ю.Н.Труфанов, Ю.П.Семенов, К.Д.Бушуев, Б.Е.Черток, Е.В.Шабаров, В.А.Тимченко, В.М.Ключарёв, И.Б.Хазанов) выдвинула альтернативный проект МКС с бескрылым кораблем вертикальной посадки МТК-ВП.
Рождение ОК-92
Неизвестно, как долго конкурировали бы между собой варианты ОС-120 и МТК-ВП, внося еще большую сумятицу в головы военных, которые, не зная четко, что же им все-таки нужно, ожидали такого ответа от разработчиков, но вмешался случай.
Дмитрий Федорович Устинов
Желая окончательно определиться с МКС, ГУКОС решил выбрать авторитетного арбитра в споре военных с промышленностью, поручив головному институту Минобороны по военному космосу (ЦНИИ 50) провести научно-исследовательскую работу (НИР) по обоснованию необходимости МКС для решения задач по обороноспособности страны. НИР была успешно выполнена, но начальник института, Мельников Геннадий Павлович, желая не рисковать в таком щекотливом вопросе и пытаясь угодить всем, приказал выпустить два (!) итоговых отчета. В одном из них доказывалась необходимость создания отечественной МКС, а в другом - аргументировано обосновывалась ее полная ненужность! Соответственно, один отчет был отправлен собирать визы в лагерь сторонников, а другой - в лагерь противников МКС. Пройдя этап согласования, каждый из отчетов оброс большим авторитетным списком разных "Утверждаю" и "Согласовано". Все бы ничего, но в конце-концов эти два отчета, попутешествовав по различным ведомствам, встретились, причем в самом неподходящем для генерала Мельникова месте - на столе секретаря ЦК по оборонным вопросам Дмитрия Устинова. Увидев одновременно оба отчета, да еще выпущенных одновременно, одним и тем же институтом, он пришел в ярость и решил лично разобраться в существе проблемы. Иногда говорят, что решение о начале работ по программе "Энергия-Буран" принял лично глава государства Генеральный секретарь ЦК КПСС Леонид Брежнев. На самом деле это не так: Брежнев лишь подписал постановление Правительства после обсуждения на Политбюро ЦК, а принимал решение Дмитрий Федорович Устинов. Но это будет в следующем году, а пока... созвонившись с Глушко, Устинов попросил ввести его в курс дела, представив подробную информацию по вариантам МКС. И тут случилось невероятное - Валентин Петрович, у которого "душа не лежала" к МКС, отправил вместо себя - Генерального конструктора - общаться с секретарем ЦК КПСС, кандидатом в члены Политбюро своего сотрудника, причем не главного и даже не зам.главного конструктора, а всего лишь и.о. начальника 162 отдела Валерия Бурдакова.
Приехав в кабинет Устинова на старой площади, Бурдаков стал отвечать на вопросы секретаря ЦК. Устинова интересовало все - зачем нужна МКС, какой она может быть, что нам для этого нужно, зачем в США создают свой шаттл, чем это нам грозит. Как впоследствии вспоминал Валерий Павлович, Устинова интересовали в первую очередь военные возможности МКС.
Сначала обсудили шаттл и его возможности по выводу на орбиту больших телескопов и лазерных комплексов. Бурдаков подробно рассказал Устинову свое понимание возможностей использования космических телескопов для выполнения задач оперативной видовой и детальной разведки и целеуказания. Обсудили применение космических лазеров в качестве противоспутникового и противоракетного оружия. "Прошлись" по имеющемуся заделу и пришли к выводу, что можно использовать инфраструктуру Байконура, оставшуюся от Н1, в первую очередь МИК и стартовые комплексы. В заключение встречи Устинов поручил в конкретный срок проработать вопросы, связанные с расширением возможностей МКС, уточнением ее облика, особенностей эксплуатации и сравнительного анализа с другими альтернативными вариантами.
Вернувшись в НПО "Энергия", Валерий Бурдаков после доклада Глушко и Садовскому собрал своих немногочисленных сотрудников и, поставив им задачи, объявил полный аврал. К этому времени служба 16, которой руководил Игорь Садовский, включала в себя три основных подразделения:
отдел N162 Валерия Бурдакова в составе 30 человек занимался ОК и вопросами, связанными с авиацией, включая воздушную транспортировку элементов МКС;
отдел Ефрема Дубинского численностью 40 человек занимался вопросами подготовки тактико-технического задания заказчика и подготовкой локальных технических заданий для подрядчиков и соисполнителей; здесь же занимались "пакетом" МКС в целом;
отдел в составе пяти ведущих специалистов под руководством Феликса Титова готовила директивные документы.
Вся информация стекалась в рабочую тетрадь Бурдакова, которая хранилась в первом отделе под грифом "совершенно секретно".
К указанному сроку работа была готова, и в НПО поступила телефонограмма со Старой площади "прибыть с документацией". А это уже означало ЧП: телефонограмму нельзя было выполнить, т.к. документы "сс" могли покинуть пределы предприятия только спецпочтой, доставлявшей пакеты по Москве в течение недели.
Пришлось созваниваться с приемной Устинова и объяснять ситуацию - специалист может приехать, но без документов. Но ведь документы требовал секретарь ЦК! В итоге через полчаса Валерию Бурдакову вручили опломбированную тетрадь, и он на метро, без сопровождающих, самостоятельно добрался до Старой площади. Просмотрев и обсудив содержимое рабочей тетради, Устинов попросил оформить материалы в виде отдельного документа.
Но оформить материалы в виде официальной Технической справки означало ее согласование и утверждение у Генерального, а вот с этим были проблемы, так как в ней не делалось заключение в пользу одного из вариантов (ОС-120 или МТК-ВП), а предлагался новый (!) с орбитальным кораблем, который был оснащен двумя воздушно-реактивными двигателями для полетов в атмосфере, но был лишен маршевых ЖРД, вернувшихся на центральный ракетный блок II ступени МКС. Этот орбитальный корабль, получивший индекс "ОК-92", уже не был копией шаттла и принципиально отличался от двух других вариантов. В этом и была сложность - ОК-92 имел массу влиятельных противников.
Первыми документ подписали разработчики - В.Бурдаков и Е.Дубинский. Затем - Павел Цыбин. Якова Коляко Садовский "взял на себя" - его виза на документе как заместителя Главного, отвечающего за работы по новым ракетам-носителям, была определяющей - без нее нельзя было идти с документом к Генеральному. После Коляко документ подписал сам Садовский. Однако Глушко в течение нескольких недель не хотел утверждать тех.справку. Даже подпись Коляко ничего не меняла. Глушко понимал, что даже перенос в предложенном варианте маршевых ЖРД на центральный блок не спасает его лунную программу. Прозорливый Валентин Петрович видел, что с рождением этого документа МКС становится реальной, а лунная база - призрачной. В итоге - "Генеральный никого не принимает".
Яков Коляко, по образному выражению В.Бурдакова, "дрожал, как осиновый лист", опасаясь гнева Глушко за свою подпись. Пришлось Бурдакову, как непосредственному исполнителю поручения Устинова, идти к Глушко самому. Валерий Павлович подготовил два аргумента, которые в течение часа убедили Глушко.
Первый заключался в том, что речь шла о совершенно незначительном документе, не имеющем серьезного значения. Это был не отчет, не проект, не заключение, а всего лишь техническая справка, основное предназначение которой было "на всякий случай" лежать в архиве первого отдела, как подтверждение того, что "мы все это знаем, мы готовы". Хотя конечно, все понимали, что по своему смыслу и значению это был гораздо более серьезный документ.
Второй аргумент сыграл на честолюбии Глушко, мечтавшего создать "царь-двигатель" и войти в историю творцом самого мощного в мире ЖРД с рекордными характеристиками. При такой постановке вопроса было уже не важно, летим мы на Луну или создаем МКС - в любом случае создаваемый носитель использует новый двигатель Глушко. В этом смысле МКС является страховкой для "чудо-двигателя" на случай закрытия лунного направления (заметим, что так и получилось - наша лунная база осталась мечтой, но был создан уникальный ЖРД РД-170/171, который и сегодня, спустя двадцать лет, не имеет себе равных в мире по тяговым и удельным параметрам).
Глушко в конце концов сдался, с большим сожалением подписав справку 9 января 1976 года и обратив внимание Бурдакова на "наступившую с утра" 71-ую годовщину расстрела царскими войсками мирного шествия питерских рабочих с петицией к Николаю II. Поставив свою подпись, Валентин Петрович с горечью произнес: "Сегодняшний день станет "Кровавым воскресеньем"[3] для нашей космонавтики". И с присущей ему иронией одессита добавил: "Это знаменательно - ведь не случайно девичья фамилия первой жены Садовского - Гапон!"
В приемной Генерального Бурдакова уже ждал Садовский, который, взяв справку, провел его в свой кабине, где уже был накрыт стол, стояла закуска и все необходимое к ней...
Садовский сразу позвонил в ЦК, там уже ждали - из приемной Устинова сразу последовала команда: "Срочно снять 6 копий, переплести и разослать по адресам оборонного отдела ЦК КПСС и Минобороны". Через полчаса Дмитрий Устинов позвонил Валентину Глушко: "Большое спасибо от имени Центрального комитета КПСС - вы нам так помогли, инициировали такое дело!"
Через пять дней, 14 января, новое указание - срочно снять еще 6 копий для аппарата ВПК и Совмина. Так начал самостоятельную жизнь 65-ти страничный документ, во многом определивший современный облик "Бурана" и сделавший его в конечном итоге таким непохожим на американский шаттл.
Многоразовая космическая система с орбитальным кораблем ОК-92
Отличительной особенностью ОК-92 при сравнении с прототипами (ОС-120 и "Спейс Шаттл") является перенесение маршевых кислородно-водородных ЖРД на топливный отсек II ступени ракеты-носителя и оснащение орбитального корабля двумя серийными воздушно-реактивными двигателями (ВРД). Это позволило, с одной стороны, энергетически и конструктивно развязать ракетную систему выведения и орбитальный корабль (ОК), сделав возможной автономную отработку системы выведения, а с другой - придали кораблю новые ценные качества. Теперь он стал способен производить нормальную самолетную посадку, что сократило требуемые размеры посадочной полосы и позволило осуществлять посадку на гражданские аэродромы 1 класса. Эта возможность в сочетании с боковым маневром при спуске плюс/минус 2200 км (при работающих ВРД эта величина достигала плюс/минус 5100 км) обеспечивало спуск и посадку ОК-92 с любого витка. Наличие у ОК-92 двух ВРД позволяла не только осуществлять автономную отработку без использования самолета-носителя - он становился воздушно-космическим самолетом с возможностью самостоятельного перебазирования с запасных аэродромов на аэродром старта. В то же время конструктивная развязка ОК и РН допускала более гибкую кооперацию, распараллеливание работ и существенное снижение сроков разработки системы в целом.
Перенос маршевых двигателей на центральный блок РН позволил:
разгрузить фюзеляж ОК от передачи тягового усилия и уменьшить его массу;
уменьшить сухой вес ОК до 51 т и осуществлять его транспортировку в собранном состоянии на внешней подвеске самолета Ан-22; более того, наличие у ОК-92 крыльев и установка его под определенных углом атаки на Ан-22 давала прибавку аэродинамического качества системы ОК-92 + Ан-22 до 40%;
использовать систему выведения многоцелевой космической системы (МКС) в грузовом варианте, в котором вместо ОК на те же узлы может устанавливаться грузовой контейнер массой до 90 т; именно такой беспилотный вариант с боковым расположением полезного груза через 11 лет, видоизменившись, запустит в космос 15 мая 1987 г. демонстрационный прототип боевой лазерной космической станции "Полюс" ("Скиф-ДМ").
Кроме того, принятая для ОК-92 схема системы выведения, при необходимости, существенно упрощала последующее создание тяжелых носителей для решения военных задач или осуществления экспедиций к Луне и планетам солнечной системы.
Основные характеристики ОК-92 в сравнении с конкурирующими вариантами (МТК-ВП, шаттлом и ОС-120) приведены в таблице.
Конструкция орбитального корабля ОК-92
Компоновка ОК-92 повторяет компоновку "Шаттла" и ОС-120 в силу схожести предъявленных к ним требований по грузоподъемности, дальности бокового маневра, размерам грузового отсека и составу основных систем. ОК-92 выполнен низкопланом "бесхвостой" схемы с крылом двойной стреловидности и вертикальным оперением. Корабль при длине 36,5 м имел крыло двойной стреловидности размахом 22 м и площадью 210 м2. Ликвидация трех маршевых ЖРД позволила "облагородить" обводы хвостовой части и снизить донное сопротивление, что привело к увеличению аэродинамического качества. Для управления кораблем на атмосферном участке полета предусмотрены элевоны, балансировочный щиток и руль направления. На внеатмосферном участке управление осуществляется системой ЖРД управления и ориентации, расположенных двумя группами - в носовой части фюзеляжа перед кабиной экипажа и в хвостовой части в двух боковых мотогондолах. Довыведение ОК на орбиту ИСЗ и изменение ее параметров осуществляются с помощью двух ЖРД орбитального маневрирования.
При стартовой массе 112 т (включая РДТТ САС массой 20 т и суммарный запас топлива 10 т) ОК-92 имел сухую массу (без полезного груза, экипажа и РДТТ САС) 51 т, из которой 17,8 т приходилось на планер и 11 т - на теплозащитное покрытие. Корабль мог вывести на низкую орбиту груз весом 30 т и вернуть с орбиты на землю нагрузку в 20 т. Максимальная посадочная масса (при аварийной посадке) достигала 82 т. Высота корабля на стоянке составляла 15,8 м, в полете с убранным шасси - 13 м.
Основными элементами конструкции орбитального корабля ОК-92 являлись планер, бортовые системы, теплозащита и двигательные установки. Планер включал в себя фюзеляж, крыло, вертикальное оперение и шасси.
Фюзеляж высотой 6,2 м и максимальной шириной 5,5 м имел общую длину 32 м и состоял из трех основных отсеков: носового, среднего и хвостового. Обшивка и каркас фюзеляжа предполагалось изготавливать из алюминиевых сплавов, широко применявшихся в авиации.
В носовой части фюзеляжа располагались:
отсек двигателей ориентации и управления, состоявший из 16 управляющих двигателей тягой по 400 кгс и 8 двигателей ориентации тягой по 80 кгс;
отсек передней стойки шасси;
приборный отсек;
герметичная кабина экипажа;
передний узел крепления орбитального корабля к центральному кислородно-водородному блоку.
Так представляли ОК-92 его конструкторы в декабре 1975 мг. Рисунок из Тех.справки
Интересная деталь - сопла двигателей ориентации в носовой части, т.е. в зоне наиболее интенсивного воздействия набегающего воздушного потока на атмосферных участках полета, закрывались специальными подвижными створками, которые открывались на орбите перед выполнением динамических операций.
Кабина экипажа, выполненная в виде съемного герметичного блока, не связанного в силовом отношении с фюзеляжем, имела полный внутренний объем 70 м3, рабочий объем 55 м3.
Аэродинамическая компоновка орбитального корабля ОК-92:
1 - носовой блок импульсных двигателей реактивной системы управления; 2 - передние иллюминаторы пилотской кабины; 3 - верхние иллюминаторы констроля стыковки (2 шт.); 4 - подвижные створки грузового отсека (8 шт.); 5 - водяной испарительный агрегат системы обеспечения теплового режима; 6 - люки системы наддува и вентиляции планера (по 6 шт. с каждого борта); 7 - теплозащитные секции передней кромки крыла; 8 - двухсекционные элевоны; 9 - выхлопной патрубок вспомогательной силовой установки; 10 - сбрасываемый передний обтекатель-заглушка ТРД Д-30КП; 11 - сбрасываемая задняя теплозащитная крышка-заглушка (показана на правой мотогондоле); 12 - хвостовые блоки импульсных двигателей реактивной системы управления в правой и левой мотогондолах; 13 - двигатель орбитального маневрирования (2 шт, в правой и левой мотогондолах); 14 - балансировочный щиток; 15 - сопло РДТТ системы аварийного спасения (САС); 16 - контейнер тормозного парашюта; 17 - сопло ТРД Д-30КП (на левой мотогондоле сбрасываемая задняя теплозащитная крышка-заглушка не показана); 18 - киль; 19 - двухсекционный руль направления
Внутри отсека экипажа, кроме космонавтов, располагались пульты управления полетом и полезной нагрузкой, аппаратура системы управления, жизнеобеспечения, терморегулирования, навигации и связи. Отсек экипажа имел входной люк по левому борту и шлюзовую камеру в задней стенке для выхода в негерметичный грузовой отсек. На наружной поверхности носовой части фюзеляжа устанавливались щелевые антенны, а также лючки для выдвигающихся всенаправленных уголковых антенн. Для обеспечения радиосвязи через спутник-ретранслятор в носовой части предусматривалась установка раскрывающейся и складывающейся параболической антенны. По аналогии с "Шаттлом" на верхней левой поверхности носовой части фюзеляжа, перед остеклением кабины экипажа, располагался блок астронавигационных приборов.
В средней части размещался грузовой отсек длиной 18,5 м и шириной 4,6 м, емкости и батареи системы энергопитания, гидросистема, система стыковки, манипуляторы и узлы фиксации полезного груза. Внутри грузового отсека устанавливались ложементы с бандажами и узлами крепления полезного груза и вспомогательные механизмы. Для погрузки и извлечения груза в верхней части грузового отсека имелся двухстворчатый люк, подвижные створки которого образовывали верхнюю часть фюзеляжа. На створках имелись откидные (в передней части) и жестко смонтированные (ближе к хвосту) радиаторы системы терморегулирования общей площадью ~ 135 м2.
Груз из ОК-92 должен был извлекаться двумя дистанционно-управляемыми манипуляторами, которые управлялись с помощью следящей системы с отражением усилия и, достигая любой точки полезного груза, обеспечивали ему шесть степеней свободы. Предусматривалась возможность использования манипуляторов при стыковке[10]. Электрическая связь полезного груза с кораблем обеспечивалась унифицированными штепсельными разъемами, установленными на передней стенке грузового отсека. В нижней части грузового отсека располагалась система электропитания, которая обеспечивала электроэнергией бортовую аппаратуру на всех этапах полета.
В хвостовом отсеке находились:
сбрасываемый на 56-ой секунде полета после прохождения критичного участка[11] полета РДТТ САС с начальной тягой 470 тс;
ЖРД орбитального маневрирования и реактивной системы управления (топливо АТ+НДМГ), включавшие в себя два двигателя с тягой по 14 тс, 24 ЖРД с тягой по 400 кгс и 8 ЖРД ориентации с тягой по 80 кгс;
два воздушно-реактивных керосиновых (РГ-1) двигателя Д-30КП (разработки - МКБ П.Соловьева[12]) с тягой 12 тс каждый[13];
элементы управления двигателями;
пневмо-гидравлическая система с запасами сжатого газа в баллонах;
топливные баки и контейнер с тормозным ленточным парашютом площадью 10 м2.
Все двигатели, кроме РДТТ САС, были скомпонованы поровну в двух мотогондолах, которые крепились пилонами к наружной поверхности хвостового отсека. Двигательные установки ОК-92 имели автономные топливные емкости - до объединенной двигательной установки "Бурана" еще далеко...
Для защиты ВРД от космического вакуума его предусматривалось размещать в герметичной гондоле с заглушками на входе и выходе, которые должны отстреливаться перед запуском ВРД при посадке. Предполагалось, что двигатель должен был запускаться и нормально работать после длительного (до 30 суток) пребывания в невесомости. Для использования ВРД при аварийном спасении предусматривалась возможность ускоренного запуска за 30-50 сек с раскруткой от турбины вспомогательной энергоустановки.
Прототипом предложенного двигателя орбитального маневрирования являлся доработанный ЖРД 15Д169 разработки КБ "Южное" (применявшийся на 2-ой ступени МБР УР-100).
В дальнейшем предусматривалась замена токсичного топлива на высококонцентрированную перекись водорода H2O2 в качестве окислителя в паре с керосином РГ-1. При этом достигалась унификация по горючему с ВРД, а это уже был первый шаг к будущей объединенной двигательной установке (ОДУ) "Бурана". Базовым ЖРД для такого варианта являлся двигатель замкнутой схемы РД-510, который разрабатывался в КБЭМ с 1970 года для посадочного блока лунного ракетного комплекса H1-Л3М.
В нижней части хвостового отсека устанавливался балансировочный щиток площадью 10 м2 с углами отклонения плюс/минус 25º и задний силовой узел крепления ОК.
Крыло с углом установки +3º и поперечным V по задней кромке +3,5º "набиралось" толстыми (8% хорды) симметричными профилями и имело геометрическую крутку относительно задней кромки -3º.
Оно конструктивно делится на корневую часть и консоли (стреловидность по передней кромке 81º и 45º соответственно) с двухсекционными элевонами. Суммарная площадь элевонов 32 м2, углы отклонения 40º вверх и 15º вниз. Отличительной особенностью ОК-92 является совмещение элевонов с тормозными щитками. В крыле размещены главные стойки шасси, прикрытые в полете створками, гидроприводы элевонов и другие системы планера. Конструкция крыла состоит из лонжеронов, ферменных нервюр и оболочки, подкрепленной стрингерами, и должна была изготавливаться из авиационных алюминиевых сплавов.
Резкое уменьшение массы хвостового отсека при сохранении первоначальной (как у ОС-120) удельной нагрузки на крыло (340 кгс/м2 при штатной посадке и 390 кгс/м2 при аварийной посадке с полезным грузом) привело к уменьшению площади и веса крыла и одновременно при сохранении заданной центровки обусловило сдвиг крыла (по фокусу) вперед на 2,4 м.
Более того, консольное расположение ВРД в хвостовом отсеке в сочетании со сдвигом крыла существенно расширило эксплуатационные диапазоны центровок полезных грузов, размещаемых в грузовом отсеке.
Вертикальное оперение состоит из киля (стреловидность 45º по передней кромке, 30º по задней) площадью 28 м2 и руля направления (9 м2) с углом отклонения плюс/минус 25º. Алюминиевая обшивка вертикального оперения подкреплялась двумя лонжеронами и многочисленными нервюрами.
Многоразовая теплозащита закрывает всю смачиваемую поверхность орбитального корабля (~1080 м2) и в зависимости от максимальной температуры нагрева подразделяется на низкотемпературную (≤650º С, ~550 м2) высокотемпературную (650ºС<t<1260ºC, ~485 м2) и теплозащиту типа "углерод-углерод" (1260ºС<t<1650ºC, ~45 м2). Для теплозащиты предусматривалось использование материалов типа "КУП-ВМ" или "КСИЛАР", ТИНК, КССБ-О.
Трехопорное шасси с носовым колесом имело базу 20,0 м и колею 7,0 м. Все стойки шасси оснащались двумя пневматиками: Ø850 мм на передней стойке и Ø1050 мм на главных стойках, которые оборудовались тормозами. Выпуск всех стоек производился после открытия замков под действием собственного веса.
Среди будущих бортовых систем конструкторы выделили в Тех.справке основные:
система энергопитания (СЭП), использующая электрохимические генераторы, радиаторы, подсистемы хранения и подачи топлива, сбора и подачи воды, электросиловая часть;
система обеспечения теплового режима (СОТР), состоящая из системы пассивного терморегулирования и низкотемпературной теплоизоляции, термостатов, экранов и активной системы терморегулирования с комплексом замкнутых гидравлических контуров и контуров термостатирования;
система обеспечения жизнедеятельности экипажа (СОЖ) с подсистемами обеспечения газового состава атмосферы, обеспечения питьевой и санитарно-гигиенической водой, питания, обеспечения шлюзования и выходов в открытый космос, санитарно-гигиенического обеспечения и средствами пожаротушения;
механические и гидросистемы, включая дистанционные кибернетические манипуляторы и гидравлические сервоприводы;
система управления движением с автоматическим и ручным контурами управления, включающая экранные устройства ввода-вывода, пространственные индикаторы, бортовой вычислительный комплекс, инерционные измерители, приборы автоматической и визуальной ориентации и проч.;
система управления бортовым комплексом, состоящая из логического автомата управления бортовыми системами, блоков силовой автоматики, средств сбора и распределения информации, ее отображения и регистрации, средств ручного управления бортовыми системами, командных радиолиний, программно-временного устройства и бортовой коммутирующей сети;
система бортовых измерений с комплексом средств, обеспечивающих всех потребителей измерительной информацией;
радиосистемы с антенно-фидерными устройствами, работающими в различных диапазонах радиоволн;
система аварийного спасения, состоящая из РДТТ САС и автоматики, которая обеспечивает безопасность полетов.
Летная отработка
Оснащение ОК-92 турбореактивными двигателями позволяло проводить автономную летную отработку корабля в атмосфере без использования самолета-носителя. Была предложена программа, предусматривавшая создание атмосферного самолета-аналога и проведение цикла автономной летной отработки в атмосфере, а затем дооборудование самолета-аналога до штатной комплектации орбитального корабля с последующей совместной отработкой с ракетой-носителем в ходе первых испытательных пусков МКС в целом.
Все системы и агрегаты, необходимые для космического полета, устанавливались в два этапа. Сначала на штатных местах размещались габаритно-весовые макеты ЖРД реактивной системы управления, приборов и оборудования кабины экипажа, манипуляторов в грузовом отсеке, радиаторов системы обеспечения теплового режима на створках грузового отсека, ЖРД орбитального маневрирования и управления спуском и РДТТ САС. На этом этапе комплектации ОК-92 при ограничении его снаряженной массы величиной 60-80 т принципиально был возможен вариант летной отработки ОК-92 с использованием самолета-носителя Ан-22. В этом случае ОК-92 должен был транспортироваться на самолете-носителе Ан-22 до высоты 2000 м, а затем отделяться от самолета и совершать автономный полет.
На Ан-22 была возможна и транспортировка ОК (при снаряженной массе 51-60 т) на высоте Н=2000 м на дальность ~2000 км. Причем, также как и при летной отработке, возможно увеличение тяговооруженности Ан-22 на взлете и при наборе высоты за счет тяги ВРД ОК-92, работающих на взлетном режиме.
После первых бросковых полетов для расширения достижимого диапазона скоростей и высот макеты двигательных установок планировалось заменить на штатные изделия по мере их готовности.
Самостоятельный взлет с использованием комбинированной двигательной установки (ВРД + ЖРД орбитального маневрирования, суммарная тяговооруженность 0,52 кгс/кг) должен был позволить отработать:
режим горизонтального полета на максимальную дальность на высоте 3000 м при скорости 400-600 км/час, который предполагалось использовать при автономном перебазировании на другой аэродром; в этом случае ОК-92 может совершить взлет и посадку на аэродромах 1 класса (размеры ВПП 2500-3000×60 м) при взлетной массе до 100 т. После взлета на высоте Н=3000 м реализуется крейсерский полет на ВРД (тяговооруженность 0,28 кгс/кг) со скоростью 600 км/ч в течение ~2,5-3 часов на дальность ~1600 км. Но ее можно было увеличить до ~3000 км за счет дополнительного запаса топлива для ВРД, использовав на старте ... РДТТ САС в качестве стартового ускорителя! Только представьте себе такой взлет из подмосковного аэропорта Домодедово!
режим достижения максимальных высоты и скорости полета по следующему профилю: при разбеге в момент взлета дополнительно к работающим ТРД Д-30КП включаются два ЖРД маневрирования, обеспечивая суммарную тягу почти в 50 тс! При взлете ЖРД работают всего 60 секунд, в течение которых они дросселируются по тяге с 84% до 70%, однако ОК-92 к моменту их отключения успевает набрать высоту 1000 м. Дальше полет в течение 8 минут осуществляется только с использованием ТРД. По достижению высоты 3000 м ЖРД снова включаются, и на 800-ой секунде полета на высоте около 12500 м отключаются ТРД и следующие 70 секунд самолет летит только на ЖРД. Затем включается РДТТ САС, который в конце своей работы обеспечивает достижение расчетной высоты 21000 м и скорости 1800 км/час (М=1,5).
После завершения автономной летной отработки самолет должен был стать полноценным космическим кораблем путем замены габаритно-весовых макетов штатными системами и агрегатами и начать испытательные полеты в космос. Основные этапы космического полета представлялись следующими:
Основные этапы функционирования МКС
http://www.buran.ru/htm/ok-92.htm
При спуске для получения заданной боковой дальности плюс/минус 2200 км (при отсутствии участка крейсерского полета с работающими ВРД) был предложен закон управления по углу атаки с двумя последовательными режимами спуска. Вход в атмосферу происходит на углах атаки, соответствующих максимальной подъемной силе, что позволяет получить более низкие температуру поверхности ОК. Затем осуществляется переход на углы атаки, обеспечивающие максимальное аэродинамическое качество для достижения максимальной боковой дальности. Спуск завершается заканчивается предпосадочным маневрированием и посадкой. Наличие на борту ОК-92 двух ВРД позволяет осуществлять маневр захода на посадку по традиционной в авиации пологой глиссаде и при необходимости уйти на второй круг для повторного захода на посадку. Ниже представлено сравнение предпосадочного маневрирования ОК-92 и орбитальной ступени системы "Спейс Шаттл":
Все предпосадочные маневры и посадку предусматривалось выполнять в автоматическом режиме, что впоследствии и реализовал "Буран" 15 ноября 1988 г.
В заключение назовем авторов Технической справки "Многоразовая космическая система с орбитальным кораблем ОК-92". От исполнителей справка подписана начальниками отделов Е.А.Дубинским и В.П.Бурдаковым, но кроме них в составлении справки также принимали участие: Алиев В.Г., Ануфриев В.С., Банифатов В.С., Венедиктов Е.В., Голышев Б.Б., Демехин А.М., Заболотский Л.В., Иванов Р.К., Кравчинский С.В., Лапшин Л.Н., Минашин Г.П., Санин А.Л., Сердюк А.А., Солодилов В.А. и Тепикин И.В.[17]
Восстановим историческую справедливость - именно эти конструкторы стояли у истоков "Бурана", в окружении именитых противников и скептиков, начиная проектирование, как говорят конструкторы, "с осевой линии". За последующие 12 лет МКС приняла окончательный облик, но идеология системы (многоразовый крылатый ОК с ВРД, универсальная ракета-носитель со спасаемыми блоками I ступени, компоненты топлива ракетных ступеней, воздушная транспортировка на самолете-носителе, автоматическая посадка и т.д.), заложенная в конце далекого 1975 года, осталась незыблемой.
[1] Он участвовал в разработке первой советской твердотопливной ракеты РТ-1 (8К95) и межконтинентальной ракеты РТ-2 (8К98) и был техническим руководителем от ОКБ-1 (впоследствии ЦКБЭМ) на их летно-конструкторских испытаниях.
[2] Вот так - отвечая на вопрос прошлых и нынешних противников "Бурана": "Кому он был нужен?", - можно ответить, что он создавался по требованию рядовых коммунистов. Если же говорить без иронии, то в этом есть немалая доля истины - значительная часть советского общества, небезразличная к нашим достижениям в космосе, была озабочена нашим наметившимся отставанием - Луну отдали американцам, а сейчас - они делают "Шаттл", а мы чего же?!"
[3] В "кровавое воскресенье" 9 января 1905 г. из числа участвовавших в шествии (140 тыс. человек) было убито свыше 1 тыс. и ранено около 2 тыс. человек. Инициатором петиции царю был священник Георгий Гапон, агент царской охранки. С "кровавого воскресенья" началась первая русская революция 1905 года.
[4] Приведенные в таблице значения уточнялись в ходе дальней разработки и поэтому отличаются от итоговых параметров МКС "Энергия-Буран".
[5] Горизонтальные полеты на внешней подвеске самолета-носителя "Боинг-747"
[6] без учета стоимости разработки тяжелого транспортного самолета типа Ан-124
[7] здесь и далее "н/д" обозначает "нет данных"
[8] По другим данным, значение тяги для двигателя РД-123 680 тс.
[9] МСА - международная стандартная атмосфера
[10] Спустя 23 года, 5 декабря 1998 г. американский шаттл "Индевор" впервые использовал свой манипулятор для стыковки сначала с американским узловым модулем "Юнити", а на следующий день - с российским базовым блоком "Заря" при строительстве Международной космической станции.
[11] к этому моменту в случае экстренного отделения корабль уже имеет достаточную скорость и запас высоты для запуска ВРД и самостоятельного возвращения на аэродром в районе старта
[12] сейчас ОАО "Авиадвигатель", г. Пермь
[13] К концу 1975 г. этот двигатель выпускался серийно и использовался на пассажирском лайнере Ил-62.
[14] Так написано в Технической справке - характерная оговорка, свидетельствующая о непосредственном родстве с проектами-аналогами - вторая ступень, оснащенная маршевыми ЖРД, по привычке именуется "топливным отсеком" по аналогии с "Шаттлом" и МКС с ОС-120.
[15] Последующую транспортировку приземлившихся на парашютах боковых блоков из районов падения (боевых полей) на техническую позицию для диагностики и восстановления предполагалось производить с помощью большегрузных транспортных платформ на автомобильном ходу.
[16] начало отсчета времени для спуска
[17] Конечно, круг работавших над справкой был шире, но текст самой справки сохранила для нас только эти фамилии.
|
|
08.04.2011, 18:46
Даже картинки с одного ракурса, прелесть.
Похожие темы
