Воздушный старт в космос РФ и США
10 августа 2015 в 07:33

Воздушный старт в космос РФ и США

В 2013 году появилась информация о российском проекте «Воздушный старт».

Воздушный старт в космос РФ и США

История начала воздушных стартов в космос относится к временам СССР — программа «Спираль».

Воздушный старт в космос РФ и США

Начало 60-х годов. Холодная война в разгаре. В США идут работы по программе Dyna Soar – гиперзвукового орбитального ракетоплана Х20. Как ответ на эту программу, работы по разработке собственных ракетопланов проводятся и в нашей стране многими институтами и КБ, как по заказу правительства, в виде НИОКР, так и в инициативном порядке. Но разработка аэрокосмической системы «Спираль» явилась первой официальной крупномасштабной темой, поддержанной руководством страны после ряда событий, ставших предысторией проекта.

В соответствии с пятилетним Тематическим планом ВВС по орбитальным и гиперзвуковым самолетам практические работы по авиационной космонавтике в нашей стране в 1965 г. были поручены ОКБ-155 А.И. Микояна, где их возглавил 55-летний Главный конструктор ОКБ Глеб Евгеньевич Лозино-Лозинский. Тема по созданию двухступенчатого воздушно-орбитального самолета (в современной терминологии — авиационно-космической системы — АКС) получила индекс «Спираль». Советский Союз серьезно готовился к масштабной войне в космосе и из космоса.

В соответствии с требованиями заказчика конструкторы взялись за разработку многоразового двухступенчатого комплекса, состоящего из гиперзвукового самолета-разгонщика (ГСР) и военного орбитального самолета (ОС) с ракетным ускорителем. Старт системы предусматривался горизонтальный, с использованием разгонной тележки, отрыв происходил на скорости 380–400 км/ч. После набора с помощью двигателей ГСР необходимых скорости и высоты происходило отделение ОС и дальнейший разгон происходил с помощью ракетных двигателей двухступенчатого ускорителя, работающих на фтороводородном топливе.

Воздушный старт в космос РФ и США

Боевой пилотируемый одноместный ОС многоразового применения предусматривал использование в вариантах дневного фоторазведчика, радиолокационного разведчика, перехватчика космических целей или ударного самолета с ракетой класса «космос-Земля» и мог применяться для инспекции космических объектов. Вес самолета во всех вариантах составлял 8800 кг, включая 500 кг боевой нагрузки в вариантах разведчика и перехватчика и 2000 кг у ударного самолета. Диапазон опорных орбит составлял 130…150 км по высоте и 450…1350 по наклонению в северном и южном направлениях при стартах с территории СССР, причем задача полета должна была выполняться в течение 2–3 витков (третий виток посадочный). Маневренные возможности ОС с использованием бортовой ракетной двигательной установки, работающей на высокоэнергетических компонентах топлива — фтор F2 + амидол (50% N2H4 + 50% BH3N2H4), должны были обеспечивать изменение наклонения орбиты для разведчика и перехватчика на 170, для ударного самолета с ракетой на борту (и уменьшенном запасе топлива) — 70…80. Перехватчик также был способен выполнить комбинированный маневр — одновременное изменение наклона орбиты на 120 с подъемом на высоту до 1000 км.

После выполнения орбитального полета и включения тормозных двигателей ОС должен входить в атмосферу с большим углом атаки, управление на этапе спуска предусматривалось изменением крена при постоянном угле атаки. На траектории планирующего спуска в атмосфере задавалась способность совершения аэродинамического маневра по дальности 4000…6000 км с боковым отклонением плюс/минус 1100…1500 км.

В район посадки ОС должен был выводиться с выбором вектора скорости вдоль оси взлетно-посадочной полосы, что достигалось выбором программы изменения крена. Маневренность самолета позволяла обеспечить посадку в ночных и сложных метеоусловиях на один из запасных аэродромов территории Советского Союза с любого из 3-х витков. Посадка совершалась с использованием турбореактивного двигателя («36-35» разработки ОКБ-36), на грунтовой аэродром II класса со скоростью не более 250 км/ч.

Согласно утвержденному Г.Е. Лозино-Лозинским 29 июня 1966 года аванпроекту «Спирали», АКС с расчетной массой 115 тонн представляла собой состыкованные воедино крылатые широкофюзеляжные многоразовые аппараты горизонтального взлета-посадки — 52-тонный гиперзвуковой самолет-разгонщик (получивший индекс «50-50»), и расположенный на нем пилотируемый ОС (индекс «50») с двухступенчатым ракетным ускорителем — блоком выведения.

Эти проекты были связаны с именем Главного конструктора многоразового орбитального корабля «Буран» Глеба Евгеньевича Лозино-Лозинского, столетний юбилей со дня рождения которого был отмечен ещё 25 декабря 2009 г.

Казалось бы, сегодня мы знаем о нем много — создатель «Бурана», главный конструктор «Спирали», Генеральный конструктор авиационно-космической системы 9А-10485, более известной как МАКС…

На самом деле, гораздо больше мы о нем не знаем — помимо «Бурана» и МАКС, под руководством Г.Е. Лозино-Лозинского в НПО «Молния» была проработана почти сотня проектов, засекреченных до сих пор…

Воздушный старт

Уже в наши дни вариант АРКК «Воздушный старт» был представлен на прошедшем в подмосковном Жуковском авиасалоне МАКС-2013. Реализацией данного проекта занимается Государственный ракетный центр (ГРЦ) им. Макеева, который разрабатывает его совместно с частной компанией «Полет». Ведущий специалист ГРЦ Сергей Егоров отметил, что компания «Полет» готова предоставить для проведения практических испытаний свой самолет Ан-124–100 «Руслан». На начальном этапе испытаний при помощи макетов будет отрабатываться сброс груза с самолета и начальные этапы старта.

Сергей Егоров отметил, что интерес к данному инновационному проекту возрос, в том числе и со стороны Министерства обороны России, и в связи с этим выразил надежду на достижение хороших результатов. Специалист считает, что данный проект может быть применен для запуска в космос спутников военного назначения. «Воздушный старт» – это проект, представляющий собой систему, которая в состоянии выводить на орбиту Земли космические аппараты при помощи ракеты-носителя на экологически безопасном топливе, которая стартует с борта большого транспортного самолета А-124–100.

«Руслан» с ракетой на борту, которая находится в многоразовом контейнере, в заданном районе на высоте около 10 000 метров выполняет «горку». В этот момент ракета выбрасывается из контейнера при помощи парогазогенератора, на удалении в 200–250 метров от самолета у нее включается маршевый двигатель и начинается управляемый полет на заданную траекторию орбиты. Специалист ГРЦ им. Макеева, подчеркнул ряд главных достоинств комплекса с таким методом старта. В первую очередь – это отсутствие необходимости возведения дорогостоящих стартовых наземных комплексов, использование различных районов пуска, заблаговременное планирование зон отчуждения для падения отделяемой ступени ракеты, а также возможность увеличения полезной нагрузки.

Система «Воздушный старт»

Российская система «Воздушный старт» с применением ракеты-носителя «Полет», относящейся к легкому классу (масса около 100 тонн), в состоянии обеспечить запуски легких спутников на низкие (до 2 тыс. км.), средние (10-20 тыс. км.), геопереходные и геостационарные орбиты, а также отлетные траектории к Луне и планетами нашей Солнечной системы. Проектом предусматривается запуск ракеты-носителя со спутниками на борту с высот в 10–11 тысяч метров с воздушной стартовой платформы, в качестве которой планируется использовать модификацию самого тяжелого в мире транспортного самолета Ан-124–100 «Руслан», который был создан ещё в 1983 году АНТК им. О.К. Антонова.

Также составной частью системы является легкая ракета-носитель «Полет», которая создается с применением самых передовых ракетных технологий, которые были созданы в России в рамках работ по пилотируемой программе ракеты-носителя «Союз» и подтвердивших свою высокую безопасность и надежность. При этом ракета-носитель будет работать на экологически безопасном ракетном топливе (керосин + жидкий кислород).

На первой ступени ракеты применяются модифицированные жидкостные ракетные двигатели НК-43 (НК-33-1), которые были созданы еще в рамках работы над лунной ракетой Н-1 и отработаны до надежности 0,998. В качестве второй ступени ракеты «Полет» планируется использовать третью ступень серийно выпускаемой ракеты «Союз-2» с усовершенствованным ракетным двигателем РД-0124.

На первоначальном этапе эксплуатации ракет «Полет» в целях минимизации затрат и уменьшения времени на ее разработку двигательная установка первой ступени ракеты может быть принята аналогичной установке на первой ступени легкой ракеты-носителя «Союз-1» разработки «ЦСКБ-Прогресс»: с уже существующими маршевым двигателем НК-33А и рулевым 4-камерным двигателем РД 0110Р.

Для доставки космических спутников на орбиты различной высоты и отлетные траектории ракета-носитель может оснащаться разгонным блоком, который является улучшенной модификацией разгонного блока «Л» ракеты-носителя «Молния», с установленными на нем кислородно-керосиновыми ракетными двигателями 11Д58МФ (тягой 5 тс). Работы по данному двигателю в настоящее время ведутся в РКК «Энергия» им. С.П. Королева.

Применение в проекте «Высотный старт» уже существующих российских ракетных технологий может положительно сказаться на сроках и стоимости разработки системы, обеспечив ей наилучшие экономические и технические характеристики. Наилучшим вариантом размещения создаваемой системы на территории нашей страны может стать строящийся космодром «Восточный». Близость акватории Тихого океана обеспечивает наилучшие условия для выбора оптимальных трасс на активном участке полета ракеты-носителя «Полет».

Схема функционирования системы

Воздушный старт в космос РФ и США
Воздушный старт в космос РФ и США
Воздушный старт в космос РФ и США

После того как ракета-носитель «Полет» и космический разгонный блок будут доставлены на российский космодром «Восточный» или в космопорт на индонезийском острове происходит интеграция ракеты-носителя и спутника. Монтаж спутника на ракету может производиться в специально построенном на космопорте техническом комплексе или же непосредственно в самом самолете-носителе. После окончания процесса сборки пускового комплекса и проведения всех необходимых проверок, заправки самолета-носителя, космического разгонного блока и ракеты происходит вылет самолета в расчетную зону запуска.

Схема полета данной системы обеспечивает запуск спутников на земную орбиту с почти любым наклонением. Это достигается за счет того, что самолет может провести пуск ракеты на удалении в 4–4,5 тысячи км. от космопорта. При этом зона пуска ракеты при планировании каждого конкретного полета будет подбираться, исходя из условия обеспечения заданного наклонения орбиты космического спутника, расположения трассы полета и районов падения отделяемых элементов ракеты в малосудоходных акваториях Мирового океана. Также при выборе маршрута запуска будет учитываться необходимость посадки «Руслана» после пуска ракеты-носителя на одном из ближайших аэродромов, который в состоянии принимать самолеты подобного класса.

В расчетной зоне пуска ракеты для создания максимально комфортных начальных условий полета, самолет-носитель выполняет фигуру пилотажа под названием «горка» с выходом на параболическую траекторию, которая позволяет обеспечить на 6–10 секунд режим полета, который близок к невесомости. В этот момент нормальная перегрузка на ракету «Полет» не превысит 0,1–0,3 единицы. Такое решение позволяет в 2–2,5 раза увеличить десантируемую массу ракеты по сравнению с обыкновенным десантированием в режиме горизонтального полета, а значит повысить ее грузоподъемность.

В момент, когда самолет-носитель на режиме «Горка» достигнет максимального угла наклона траектории к местному горизонту (угол кабрирования порядка 20°) происходит выброс ракеты из самолета при помощи специального пускового контейнера с применением пневматической системы выталкивания, оснащенной пороховым аккумулятором давления. Процесс выхода ракеты «Полет» из «Руслана» занимает порядка 3-х секунд, продольная перегрузка в этот момент не превышает 1,5 единицы. После процедуры десантирования ракеты и последующей реализации участков полета ее первой и второй ступеней, а также космического разгонного блока, осуществляется отделение космического спутника и его выход на заданную орбиту.

Стоит отметить, что технология десантирования с самолета тяжелых грузов, существенно превышающих по массе грузы, которые десантируются в обычном горизонтальном полете, была реализована еще в СССР в 1987–1990 годах в рамках работ по программе «Энергия-Буран». Данная технология отрабатывалась в рамках спасения многоразовых ракетных блоков первой ступени ракеты «Энергия» и предусматривала десантирование тяжелых грузов в режимах полета самолета близких к состоянию невесомости.

Энергетические возможности

Использование ракеты-носителя «Полет» позволяет выводить на орбиту спутники массой до 4,5 тонн при их выводе на низкие экваториальные орбиты, до 3,5 тонн – на низкие полярные орбиты, до 0,85 тонн – на орбиты навигационных систем «ГЛОНАСС» или «Galileo», до 0,8 тонн – на геостационарные орбиты. В случае оснащения геостационарных спутников апогейной двигательной установкой, которая обеспечивает переход спутника с геопереходной орбиты на геостационарную, легкая ракета «Полет» может обеспечить вывод на геостационарную орбиту спутников массой до 1 тонны. На отлетные траектории к другим планетам Солнечной системы, а также к Луне она может доставить космические аппараты массой в 1–1,2 тонны. Такие возможности по грузоподъемности «Воздушному старту» обеспечивает запуск с высоты порядка 10–11 тысяч метров.

В настоящее время работы над аналогичным проектом активно ведутся и в США

В Америке уже провели несколько успешных испытаний по сбросу крупногабаритных грузов из самолета с применением парашюта.

Воздушный старт в космос РФ и США

«Военный Паритет». Компания Lockheed Martin и Агентство по ПРО США успешно испытали прототип баллистической ракеты-мишени средней дальности воздушного базирования eMRBM (Extended Medium-range Ballistic Missile) над полигоном Юма (шт. Аризона), сообщает ASDNews 14 мая 2013 года.

Полномасштабный прототип ракеты-мишени был сброшен на высоте 25000 футов с грузового отсека тяжелого транспортного самолета С-17 ВВС США. После раскрытия парашютной системы ракета отделилась от поддона, затем совершила свободное падение (ракета не была оснащена двигательной установкой). В тесте принимали участие специалисты субподрядных организаций Orbital Sciences Corp. и Dynetics. Испытание по полной программе прошло в конце 2013 года.

Lockheed Martin разрабатывает eMRBM для испытаний систем ПРО. «Эта новая мишень предназначена для повышения степени имитации реальной обстановки, чтобы системы ПРО наработали опыт для действий в боевой операционной среде», заявил вице-президент Lockheed Martin Space Systems Company Джон Холи (John Holly).

«Мишень eMRBM была испытана для проверки оборудования воздушного базирования и системы сброса в номинальном режиме, в будущем планируется проверить эксплуатационные характеристики для целевых испытаний», заявила директор программы разработки мишеней и мер противодействия (Targets and Countermeasures Program) компании доктор Патриция Дэр (Patricia Dare).

В настоящее время Lockheed Martin занимается разработкой и производством 17 ракет-мишеней с различной дальностью полета, в том числе пяти eMRBM. В рамках программы производства мишеней компания с 2003 года выпустила 27 изделий для проверки систем ПРО. До этого времени компания произвела 17 ракет-мишеней по другим контрактам. С 1998 года Lockheed Martin добилась непревзойденного результата успешности (98%) в пусках ракет-мишеней наземного, морского и воздушного базирования малой и средней дальности.

В Мохаве (штат Калифорния) на территории международного аэрокосмического центра компании Scaled Composites строится крупнейший в мире самолет. Первоначальное предназначение гигантского самолета — транспортировка трехступенчатой ракеты, которая по достижении необходимой высоты будет отсоединяться, лететь в космос и выпускать спутник.

Воздушный старт в космос РФ и США
Воздушный старт в космос РФ и США

В 2016 году впервые поднимется в воздух самолёт Stratolaunch, по размаху крыла превосходящий все существующие и когда-либо существовавшие самолёты.

Stratolaunch создаётся в международном аэрокосмическом порту в Мохаве, Калифорния. Разработку исполинского самолёта возглавила аэрокосмическая компания Scaled Composites, и его технические детали, как и подобает такому внушительному самолёту, действительно впечатляют. Stratolaunch, получивший прозвище «Рух» в честь огромной мифической птицы, имеет два фюзеляжа, шесть реактивных двигателей Pratt & Whitney, 28 колёс шасси и колоссальный размах крыльев в 117 метров.

«Если поставить этот самолёт посередине футбольного поля, его крылья будут выступать за линию ворот на 5 метров с обоих сторон,» — сказал президент Scaled Composites Кевин Микки.

Таким образом, Stratolaunch будет почти на 20 метров шире легендарного «Хьюз H-4 Геркулес», на 30 метров шире советского носителя «Бурана» АН-225 и на 37 метров шире современного Аэробуса А380. Самолёт создаётся из двух выведенных из эксплуатации лайнеров Боинг, а сама идея его создания принадлежит сооснователю Microsoft Полу Аллену.

Но Stratolaunch создаётся не для того, чтобы претендовать на звание крупнейшего в мире летательного аппарата — это всего лишь побочный эффект. Планируется, что «Рух» кардинально изменит способ вывода космических спутников на орбиту.

Stratolaunch предназначен для перевозки трёхступенчатой ракеты, которая крепится между двух фюзеляжей. При достижении необходимой высоты ракета отсоединится и полетит в космос, после чего выпустит спутник. Общий вес самолёта и ракеты составит около 600 тонн; ожидается, что такая система сможет выводить на низкую околоземную орбиту до 6 тонн полезной нагрузки.

Воздушный старт в космос РФ и США

В то же время российский способ покидания самолета крупногабаритным грузом Сергей Егоров считает более безопасным и надежным. Представитель ГРЦ им. Макеева, считает, что в нашем случае достигается безударный и контролируемый сброс ракеты «Полет» (масса 102 тонны, длина более 30 метров) с нужными перегрузками. В то же время парашютный способ менее предсказуем и подходит лишь для ракет, отличающихся меньшими массогабаритными характеристиками.

http://www.militaryparitet.com/perevodnie/data/ic_perevodnie/4576/
http://topwar.ru/32976-rossiya-rabotaet-nad-sozdaniem-vozdushnogo-starta.h

3091
Комментарии (12)
  • 11 августа 2015 в 11:15 • #
    михайличенко владимир

    Интересную концепцию избрали "партнёры", но мне кажется, что для увеличения эффективности воздушного старта лучше всего применять вариант летающего крыла. В таком случае масса самолёта может быть уменьшена, а масса груза увеличена. Может и управление будет более эффективным.

  • 12 августа 2015 в 00:31 • #
    виктор м

    Возможно, летающее крыло и лучше, но такой самолёт потребует более длительных испытаний. Пока что есть лишь экспериментальные образцы.

  • 12 августа 2015 в 09:45 • #
    михайличенко владимир

    Так если такой вариант лучше, зачем же от него отказываться?

  • Цена договорная

  • 12 августа 2015 в 15:39 • #
    виктор м

    А от него и не отказываются. Более того, очень может быть, что именно он будет основным вариантом, когда запуск КА будет производиться со сверх- и гиперзвуковых самолётов. Но пока тяжёлые сверхзвуковые ещё в разработке, а гиперзвуковые - в разработке и лёгкие. А начинать надо уже сейчас.

  • 12 августа 2015 в 15:57 • #
    михайличенко владимир

    Даже сейчас можно было бы запускать КА с летающего крыла, допустив что тело ракеты это фюзеляж самолёта, а сам самолёт - летающее крыло. Так и начинать легче.

  • 12 августа 2015 в 18:55 • #
    виктор м

    Вопрос только - как этот самолёт будет садиться. Учитывая, что на настоящий момент аппаратов типа "летающее крыло" в серийном производстве не было, и новый аппарат этого типа потребует всесторонних тщательных - а значит, не очень-то быстрых - испытаний. Да и конструкция его, как принципиально нового устройства, пока-то ещё будет доведена до ума.

  • 13 августа 2015 в 10:30 • #
    михайличенко владимир

    Думается, что вопрос посадки не настолько актуален, в силу того, что взлёт и посадка всегда отрабатываются. В данном случае и это можно отработать. Согласен, что таких аппаратов ещё не было, но их использование предполагает более широкие возможности в ВС и возможно многие другие.

  • 14 августа 2015 в 19:18 • #
    виктор м

    Здесь Вы ошибаетесь. Для аппаратов типа "летающее крыло" вопросы взлёта и особенно посадки отработаны крайне недостаточно, поскольку аппараты такой схемы практически не производились, за исключением нескольких экспериментальных образцов. А потому эти вопросы могут решиться очень даже не скоро, поскольку нужно отрабатывать и доводить до ума и конструкцию, и технику пилотирования. Последняя, кстати, достаточно сильно отличается для аппаратов классической схемы и для аппаратов схемы "утка".

  • 15 августа 2015 в 09:32 • #
    михайличенко владимир

    А в этом никто и не спорит.

  • 10 сентября 2015 в 11:01 • #
    михайличенко владимир

    Уважаемый Виктор М. Хочу заметить, что уже сейчас многие разработки летательных аппаратов приближаются, в плане, к летающему крылу, поэтому Ваши замечания, относительно сложности проектирования и строительства, не говоря уже о пилотировании - оставляют желать лучшего.
    Следите за новинками.

  • 11 августа 2015 в 11:49 • #
    Рустам Сагитов

    Очень интересная статья. Надеюсь, что с финансированием "Воздушного старта" не будет проблем.

  • 16 августа 2015 в 18:51 • #
    Евгений Семенихин

    Все спорите не известно о чем, в 60 годы был разработан сверх звуковой самолет с меняющимся кленовидностью крыла, вся проблема с двигателем который мог быть как турбо винтовой и реактивный, чтобы меньше расход топлива на поднятый груз. А вот интересно а турбо винтовой в озоновом слое сможет работать.