У космос по спіралі: Сутичка за надзвук

У середині минулого століття реактивна пілотована авіація, поступово освоюючи все нові швидкості і висоти, змогла впритул підійти до порогу космосу.

Американський виклик

Перших успіхів домоглися американці: 14 жовтня 1947 року льотчик-випробувач Чак Ігер на експериментальному ракетоплані Х-1, що скидається з «літаючої фортеці» Б-29, розігнавшись за допомогою ракетного двигуна, що працює на спирті і рідкому кисні, вперше перевищив швидкість звуку, а вже 12 грудня 1953 року він на вдосконаленому ракетоплані Х-1А досяг максимальної швидкості 2655 км/год (М = 2,5) на висоті понад 21 км. У 1953 році почалися випробування ракетоплана Х-2, на якому 25 липня 1956 року була досягнута рекордна швидкість в горизонтальному польоті 3360 км/год, а на початку вересня 1956 року - висота 38 430 м.

У червні 1954 року США починають програму випробувань крилатого гіперзвукового ракетоплана Х-15, який повинен був, стартуючи з-під крила переобладнаного стратегічного бомбардувальника В-52, за кілька хвилин розвинути швидкість в шість разів більше швидкості звуку і досягти висоти 76 км! Обліт першого зразка під крилом літака був здійснений 10 травня 1959 року, а вже 8 червня Х-15 вперше відокремився від В-52 і здійснив самостійний плануючий політ. Перше включення ракетного двигуна провели 17 вересня, і в подальших випробувальних польотах рекорди «посипалися» один за одним - 4 серпня 1960 року досягнута швидкість 3514 км/год, а 12 серпня - висота 41 605 м; 7 березня 1961 року Х-15 розвинув швидкість 4264 км/год, у польоті 31 березня взято висоту 50 300 метрів; 21 квітня досягнуто швидкості 5033 км/год, 12 вересня - вже 5832 км/год. Стокілометровий рубіж, який вважається «офіційним» кордоном космосу, був подоланий 22 серпня 1963 року - максимальна висота польоту 107 906 м!

Космічний лижник

Натхненні успіхом X-15 ВПС США почали розробку військового космічного ракетоплана в рамках проекту «Дайна-Сор» (Dyna Soar - від Dynamic Soaring - «Динамічний зліт»). Ракетний літак, який отримав назву X-20, мав літати зі швидкістю 24 000 км/год і був, по суті, розвитком ідеї німецького космічного бомбардувальника Зенгера (див. «ПМ» № 8'2004). Етонеудивно, враховуючи, що ключові інженерні пости в американській космічній програмі займали німецькі фахівці. Новий ракетоплан планувалося озброїти керованими ракетами класів «космос-космос», «космос-повітря» і «космос-земля» і звичайними бомбами. Нижня поверхня X-20 закривалася металевим теплозахисним екраном з молібдену, що витримує температуру до 1480 ° C, передні кромки крила виготовлялися зі сплаву молібдену, який витримував температури до 1650 ° C. Окремі місця апарату, які при вході в атмосферу нагрівалися до 2371 ° C, були захищені армованим графітом і цирконієвим напівсферичним ковпаком в носовій частині фюзеляжу або облицьовувалися керамічним теплоізолюючим покриттям з ніобію. Пілот розташовувався в катапультному кріслі, що забезпечує порятунок тільки на дозвукових швидкостях. Кабіна екіпажу була оснащена бічними вікнами і вітровим склом, захищеними теплозахисними екранами, які скидалися перед самою посадкою. Корисний вантаж масою до 454 кг розміщувався в закабінному відсіку. Посадкове шасі складалося з трьох прибираних стійок, оснащених лижами.

Але на відміну від німецького попередника X-20 не був космічним літаком у прямому сенсі цього слова. Він повинен був стартувати з мису Канаверал традиційним способом на вершині ракети-носія Titan-IIIC, яка і виводила ракетоплан на орбіту висотою 97,6 км. Далі X-20 повинен був або розганятися сам, використовуючи власні ракетні двигуни, або, зробивши неповний виток, планувати на авіабазу Едвардс. Намічалося, що перше скидання з літака B-52 буде проведено вже в 1963 році, перший безпілотний політ здійсниться в листопаді 1964 року, а перший пілотований - у травні 1965-го. Однак ця військова програма тихо померла раніше, не витримавши конкуренції з простим і дешевим рішенням - відправкою астронавтів у космос на балістичній ракеті в герметичній капсулі, здійсненій цивільною організацією NASA.

Запізніла відповідь

За іронією долі саме в той момент, коли американці закривали свою програму пілотованих ракетопланів, СРСР, вражений рекордами X-15, вирішив «наздогнати і перегнати» Америку. У 1965 році ОКБ-155 Артема Мікояна доручають очолити роботи з орбітальних і гіперзвукових літаків, точніше - зі створення двоступеневої авіаційно-космічної системи «Спіраль». Керував темою Гліб Лозіно-Лозинський.

115-тонна «Спіраль» складалася з 52-тонного гіперзвукового літака-розгонщика, що отримав індекс «50 ‑ 50», і розташованого на ньому 8,8-тонного пілотованого орбітального літака (індекс «50») з 54-тонним двоступеневим ракетним прискорювачем. Розгінник досягав гіперзвукової швидкості 1800 м/с (М = 6), а потім, після поділу сходів на висоті 28 − 30 км, повертався на аеродром. Орбітальний літак за допомогою ракетного прискорювача, що працює на фтороводневому (F2 + H2) паливі, виходив на робочу орбіту.

Літак-розгінник

Екіпаж розганника розміщувався в двомісній герметичній кабіні з катапультними кріслами. Населений літак разом з ракетним прискорювачем кріпився зверху в спеціальному ложі, причому носова і хвостова частини закривалися обтічниками.

Як паливо розгінник використовував скраплений водень, який подавався в блок з чотирьох турбореактивних двигунів АЛ-51 розробки Архипа Люльки, що мають загальний повітрозабірник і працюють на єдине надзвукове сопло зовнішнього розширення. Особливістю двигунів було використання парів водню для приводу турбіни. Друге принципове нововведення - інтегрований регульований гіперзвуковий повітрозабірник, який використовував для стиснення надходить в турбіни повітря практично всю передню частину нижньої поверхні крила. Розрахункова дальність польоту розгінника з навантаженням становила 750 км, а при польоті в якості розвідника - понад 7000 км.

Орбітальний літак

Бойовий багаторазовий пілотований одномісний орбітальний літак довжиною 8 м і з розмахом крила 7,4 м виконувався за схемою «несучий корпус». Завдяки обраній аеродинамічній компоновці із загального розмаху на стреловидні консолі крила припадало лише 3,4 м, а інша частина несучої поверхні співвідносилася з шириною фюзеляжу. Консолі крила при проходженні ділянки плазмоутворення (виведення на орбіту і початкова фаза спуску) відхилялися вгору для виключення прямого обтікання їх тепловим потоком. На атмосферній ділянці спуску орбітальний літак розкладав крила і переходив у горизонтальний політ.

Двигуни орбітального маневрування і два аварійних ЖРД працювали на висококиплячому паливі АТ-НДМШ (азотний тетраксид і несиметричний диметилгідразин), аналогічному застосовуваному на бойових балістичних ракетах, яке в подальшому планувалося замінити на більш екологічне паливо на основі фтора. Запасів палива вистачало на політ тривалістю до двох діб, але основне завдання орбітального літака повинно було виконуватися протягом перших 2 − 3 витків. Бойове навантаження складало 500 кг для варіанту розвідника і перехоплювача і 2 т - для космічного бомбардувальника. Фотоапаратура або ракети розташовувалися у відсіку за відокремлюваною кабіною-капсулою пілота, що забезпечує порятунок пілота на будь-яких стадіях польоту. Посадка здійснювалася з використанням турбореактивного двигуна на грунтовий аеродром зі швидкістю 250 км/год на чотиристомічне лижне шасі.