От «Бора» к «Бурану» и «Дельта Клипперу»

На прошедшем недавно в России знаменитом авиасалоне МАКС-2011, давшем пищу для размышлений многим аналитикам и экспертам,  неприкрытое внимание посетителей и участников в одном из павильонов привлек необычный крылатый аппарат, напоминающий американский «шаттл» в миниатюре.

 1. Неброская табличка информировала, что это БОР-2 (беспилотный орбитальный ракетоплан), приводились его характеристики. Но ничего не сообщалось о том, для чего он предназначен и почему так похож на тот же российский «Буран». История его создания весьма интересна, а результаты исследования полетов наших мини-шаттлов до сих пор актуальны.

 2. Где-то в районе Кокосовых островов

Июньским днем 1982 года радиолокационные станции австралийских военно-воздушных сил засекли неопознанный летающий объект. Двигался он, как видно было на экранах, по баллистической траектории с гиперзвуковой скоростью в район Кокосовых островов. Немедленно по тревоге взмыли ввысь дежурные истребители, но перехватить НЛО они не смогли: объект несся с огромной скоростью.

Тем не менее, до того, как погрузиться в воды Индийского океана, неизвестный предмет был запечатлен мощной фотоаппаратурой. После приземления перехватчиков на авиабазе срочно проявили негативы и отпечатали цветные фотографии. Вызванные эксперты-уфологи с удивлением видели на снимках под разными ракурсами отснятый обгоревший летательный аппарат, напоминавший самолет или скорее — американский «Шаттл» в миниатюре. На борту аппарата просматривалась загадочная надпись «Бор».

Предположили, что буквы — славянская аббревиатура. Фотографии стали достоянием зарубежной общественности, которая громогласно объявила: русские испытывают новое космическое оружие.

 3.

Все тайное становится явным

Что же на самом деле представлял этот неопознанный объект? Вот что рассказывал о нем ведущий специалист Летно-исследовательского института имени М. Громова Анатолий Кондратов, участвовавший в испытаниях аппарата.

Появление новых конструкционных и теплозащитных материалов, а также более мощных ракет-носителей, позволило выдвинуть идею создания орбитальных самолетов с характерной особенностью — возможностью возвращать значительные грузы с орбиты искусственного спутника Земли с использованием подъемной силы.

Создание возвращаемых космических аппаратов, совершающих продолжительный полет в атмосфере и в итоге садящихся на взлетную полосу по-самолетному, потребовало высокой достоверности аэродинамических, тепловых и других исходных данных, используемых при их разработке. Необходимы были летные эксперименты, уточняющие данные, полученные на наземных установках.

 5.

Одним из путей исследования по предложению доктора технических наук В. Уткина стал метод крупномасштабных летающих моделей, исследования на которых проводились в ЛИИ с конца 40-х годов под руководством И. Остославского, А. Миронова. Тогда возникла проблема освоения трансзвуковых летающих бомб — тяжелых корпусов, оснащенных небольшими крыльями различных профилей. Бомбы сбрасывались с самолета и под действием силы тяжести разгонялись до звуковой скорости. В 50-х годах при помощи летающих моделей исследовались конкретные компановки главных конструкторов А. Туполева, С. Лавочкина, В. Мясищева и В. Ильюшина. Модели оснащались пороховыми ускорителями и разгонялись уже до М=3-5, то есть втрое-впятеро превышали скорость звука.

Поэтому вовсе не удивляет, что привозникновении идеи космических конструкций многоразового применения ученые и инженеры опять обратились к летающим моделям. Одной из них стал экспериментальный аппарат «Бор» (беспилотный орбитальный ракетоплан). Создавался он для исследования сверхзвуковых скоростей полета в интересах орбитального корабля (ОК) авиационной космической системы «Спираль».

 6.

Несколько слов о «Спирали»

Что же представляла собой эта система? Разработанная в ОКБ А. Микояна под руководством главного конструктора Г. Лозино-Лозинского двухступенчатая воздушно-космическая система состояла из 52-тонного воздушного корабля-разгонщика и стартующего с его «спины» (на высоте порядка 30 км) 10-тонного экспериментального пилотируемого орбитального самолета (ЭПОС) длиной 8 м и размахом крыла 7,4 м.

Дозвуковой аналог ЭПОСа, созданный в середине 70-х годов (изделие 105.11), напоминал «Буран», но в миниатюре. У него, как у любого самолета, были крылья, хвостовое оперение и органы управления: элероны, руль направления, балансировочный щиток. И только шасси выглядело необычным. Оно имело четыре стойки, разнесенные попарно вдоль фюзеляжа, на котором размещались не колеса, а металлические лыжи, с помощью которых аналог мог садиться практически на любой грунт. Подлеты на нем выполняли летчики-испытатели И. Волк и В. Меницкий, а также Герои Советского Союза А. Федотов и А. Фастовец.

Так вот, для исследования ОК в верхних слоях атмосферы и оценки температурных условий на его поверхности и были спроектированы «Боры» — летающие модели в масштабах 1:3 и 1:2.

Сквозь тернии к звездам

Интересна история создания «Боров», начало работ над которыми было положено в ЛИИ еще в 1967 году. Предстояло решить задачу изготовления аппарата весом до 800 кг, длиной 3 метра, который, отделившись от ракеты-носителя на скорости 3,7 километра в секунду на высоте 100 километров, совершил бы планирующий полет в атмосфере. Тут встала проблема тепловой защиты конструкции модели, носовая часть которой должна бы нагреваться до 1500-1600 градусов Цельсия. Крупные специалисты в области аэродинамики выражали сомнение в возможности балансирования летательного аппарата такой необычной схемы — «несущий корпус» — на углах атаки, достигающих 45 градусов. На последний вопрос надо было ответить немедленно, потому что от положительного ответа на него зависела судьба всего проекта «Спираль».

К чести коллектива ЛИИ, его научных сотрудников, инженеров, техников, рабочих, в течение двух лет ему удалось спроектировать, изготовить и выполнить наземную отработку, осуществить совместно с ракетчиками запуск ракеты с моделью «Бора».

 7.

Результаты испытаний в 1969 году показали, что «несущий корпус» прекрасно балансируется на углах атаки, превышающих 60 градусов. Самым, пожалуй, любопытным в процессе создания «Бора» оказалось то, что, хотя для выигрыша времени первая модель («Бор-1») представляла собой габаритно-весовой макет из дерева с «начинкой» телеметрической аппаратурой, первые научные результаты дала именно она до начала ее обгара на высотах 60-70 километров.

Позже в результате проведенных исследований в натуральных условиях полета на усовершенствованных крупномасштабных моделях «Бор-2» и «Бор-3» были уточнены по сравнению с данными аэродинамических труб балансировка, характеристики продольной устойчивости. Получены экспериментальные данные по переходу ламинарного пограничного слоя в турбулентный, данные о влиянии высоты и скорости полета на распределение давления по поверхности летательного аппарата сложной геометрической формы, апробированы законы управления движением. Проведены обширные исследования аэродинамического нагрева, теплообмена и тепловой защиты различных элементов поверхности.

8.

При создании отечественного орбитального корабля «Буран» многоразового использования возникла необходимость в получении реальных данных по аэродинамике, аэродинамическому нагреву и работоспособности новых теплозащитных материалов и элементов конструкций. Изучение данной проблемы показало, что невозможно решить названные задачи традиционным путем на крупномасштабной модели ОК опытного вида. Поэтому в ЛИИ попытались экспериментировать на двух моделях.

Одна из них, «Бор-4», представляла собой вариант аэродинамической компоновки аппарата с несущим корпусом, на котором воспроизводились по размерам, форме и конструкции реальные фрагменты передней части фюзеляжа ОК. Она предназначалась для исследования аэродинамического нагрева, теплообмена и тепловой защиты орбитального корабля в ситуациях, близких к условиям полета на атмосферном участке.

«Бор-5» представлял собой модель ОК в масштабе 1:8. Она совершала полет по траектории, обеспечивающей необходимые критерии подобия, и предназначалась для исследований аэродинамических характеристик и теплообмена. «Бор-4» выводился на орбиту искусственного спутника Земли, а «Бор-5» — на суборбитальную траекторию.

 9.

4 июня 1982 года впервые в СССР, за несколько лет до полета первого советского ОК «Буран», осуществлялся полет в атмосфере при снижении с орбиты воздушно-космического летательного аппарата «Бор-4» с большим аэродинамическим качеством на трассе протяженностью в несколько тысяч километров. Можно себе представить сложность задачи выведения исследовательского аппарата в заданный район акватории Индийского океана близ Кокосовых островов. Эксперимент удался благодаря созданию совершенной модели «Бор-4», оснащенной системой управления, способной решать навигационные задачи и изменять положение аппарата в движении как в условиях космоса, так и при полете в атмосфере при надежной теплозащите. По существу, данная летающая модель отличалась от натурного аппарата лишь размерами, отсутствием на борту целевых систем и пониженными требованиями к надежности и удобствам эксплуатации.

11.

При изготовлении модели «Бор-4» множество забот доставляла хрупкая теплозащита. Даже легкое прикосновение или постукивание пальцем оставляло на плитках вмятины, и поэтому их приходилось очень часто менять. Вот что припомнил об эпопее проведения эксперимента «Бор-4» один из старейших сотрудников ЛИИ Ильдус Ханов:  - Наконец все готово. «Бор-4» установлен на ракетный носитель, который уже заправлен топливом. Старт предстоит ночной — необходимо, чтобы аппарат совершил посадку на рассвете и остался максимум времени на его поиски и спасение.

Вывод модели на траекторию и отделение ее от носителя проходит нормально. Связь прекращается, но всем нам кажется, будто «молчание» наступило рано. Бывалые испытатели успокаивают: на высоких траекториях так случается часто. Остается ждать. Но вот приходит сообщение от руководителя испытаний В. Владычина о восстановлении связи — модель на траектории входа в атмосферу. Все системы в норме!

 12.

Теперь следует ответственный этап — длительный полет в атмосфере с выведением в район посадки. Связь опять прерывается: изделие движется в плазме, и поэтому обстановка напряженная. Наконец, срабатывает парашютная система, и «Бор» благополучно приземляется, вернее приводняется. Правда, координаты посадки расходятся с расчетными почти на 200 км. «Управленцы» расстроены. Генерал Г. Лексин, державший связь с пунктом управления экспериментом, разрядил обстановку:

- Ну, дайте, пожалуйста, другие координаты посадки, жалко, что ли?

Но вот приходит сообщение об обнаружении изделия поисковыми кораблями и все облегченно вздыхают...

Выбор такой сложной трассы полета «Бор-4» учитывал три основных требования: обеспечение максимальной безопасности при выполнении задания, возможность посадки на воду для сохранности плиток теплозащиты и получения необходимой информации о траектории и работе бортовых систем. После первых полетов, когда появилась уверенность в надежности модели, район посадки перенесли в Черное море.

13.

В реальном полете при входе «Бор-4» в атмосферу была выполнена широкая программа исследований: получены опытные данные по аэродинамике и в малоизученных областях газовой динамики. В наземных условиях моделирование подобных ситуаций весьма затруднено или невозможно.

Исследования аэродинамического нагрева и испытания тепловой защиты орбитального корабля проводились на высотах от 120 до 30 км при скорости полета от 7500 до 1200 метров в секунду. «Бор-4» выводился на орбиту Земли с космодрома Капустин Яр спутниками серии «Космос». «Бор-4» были первыми отечественными воздушно-космическими летательными аппаратами, способными маневрировать в атмосфере с использованием аэродинамического качества несущего корпуса и имевшими аэродинамические рули.

 14.

Заключение

Исследования при помощи «Боров» внесли существенный вклад в отработку конструкции теплозащиты многоразовых космических кораблей. При выполнении программы испытаний оценена работоспособность новых теплозащитных материалов, элементов и узлов конструкции «углерод-углерод», многослойной плиточной и гибкой теплозащиты. Накоплен опыт ее эксплуатации. Значительное внимание уделялось исследованию ионизации газа и связанному с ним прохождению радиоволн через плазму.

Летные исследования характеристик продолжались на крупномасштабной модели "Бор-5" и результаты их вызвали некоторые изменения в аэродинамической компановке ОК «Буран», которые были выполнены перед первым его стартом.

В конце 80-х намечались запуски аппаратов «Бор-6» для исследования прохождения радиоволн через плазму, но в результате перестройки произошло сокращение финансирования авиации и космонавтики, и программу «Боров» закрыли.

Однако итоги их испытаний не канули в Лету. Они были использованы для создания первого и единственного советского многоразового космического корабля «Буран».

15.

Один из «Боров» стал прообразом космоплана, входящего в состав многоразовой суборбитальной космической системы для туристов C-XXI. Есть у наших инженеров и ученых идеи о применении разработок «Боров» для создания других многоразовых космических систем.

Кроме того, в процессе создания «Боров» были разработаны высококачественные конструкционные материалы, способные работать в условиях высоких температур. Поэтому не удивительно, что алюминиево-литиевые сплавы, созданные в российском ВИАМе, активно применялись и применяются сейчас американцами в своих авиационных и космических программах, в частности, на аналоге многоразового орбитального корабля "Дельта Клиппер" с вертикальным взлётом и вертикальной посадкой. Он уже прошел серию испытаний.

16.

Кроме того, те же американцы, по сообщениям западной печати, скопировали «Бор-4», увеличили его размеры и в результате получили 9-метровый орбитальный самолет, предназначенный для доставки астронавтов на стационарную космическую станцию.

Японцы запускают модели и макеты новых экспериментальных орбитальных самолетов в безвоздушное пространство с помощью ракет или аэростатов. Такие аппараты обычно имеют небольшие размеры: длину 2-3 метра, ширину — 1,5 метра и вес до 200 кг. Сделаны они в основном из дешевых алюминиевых и других сплавов. После отделения от ракеты-носителя или аэростата модель пролетает в космосе несколько сот километров со значительной скоростью (до 4М), спускается в атмосфере и падает в океан. И все макеты до неприличия напоминают по облику «Боры», а методика их испытаний на 90% совпадает с нашей, которую мы использовали четверть века назад.

17.

Удивительно также то, что при этом европейцы до сих пор не имеют доступа к информации, собранной НАСА во время полетов американских кораблей «Спейс Шаттл».

Наверное, пора рассекретить результаты испытаний «Боров» и продавать их Западу и Востоку за валюту. Вырученные средства помогут не только эффективно использовать достижения нашей космонавтики в будущем, но и возвратить средства, затраченные когда-то в прошлом на испытания «Боров».

Результаты исследования полетов наших мини-шаттлов до сих пор актуальны. Так что дело «Боров» живет и еще долго будет жить.