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.
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.
Из-за неосвоенности в качестве окислителя жидкого фтора для ускорения работ по АКС в целом в качестве промежуточного шага предлагалась альтернативная разработка двухступенчатого ракетного ускорителя на кислородно-водородном топливе и поэтапное освоение фторного топлива на ОС - сначала использование высококипящего топлива на азотном тетраксиде и несимметричном диметилгидразине (АТ+НДМГ), затем фторо-аммиачное топливо (F2+NH3), и только после накопления опыта планировалось заменить аммиак на амидол.
Благодаря особенностям заложенных конструктивных решений и выбранной схеме самолетного старта позволял реализовать принципиально новые свойства для средств выведения военных нагрузок в космос:
- вывод на орбиту полезного груза, составляющего по весу 9% и более от взлетного веса системы;
- уменьшение стоимости вывода на орбиту одного килограмма полезного груза в 3-3,5 раза по сравнению с ракетными комплексами на тех же компонентах топлива;
- вывод космических аппаратов в широком диапазоне направлений и возможность быстрого перенацеливания старта со сменой необходимого параллакса за счет самолетной дальности;
- самостоятельное перебазирование самолета-разгонщика;
- сведение к минимуму потребного количества аэродромов;
- быстрый вывод боевого орбитального самолета в любой пункт земного шара;
- эффективное маневрирование орбитального самолета не только в космосе, но и на этапе спуска и посадки;
- самолетная посадка ночью и в сложных метеоусловиях на заданный или выбранный экипажем аэродром с любого из трех витков.
СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ АКС СПИРАЛЬ.
Гиперзвуковой самолет-разгонщик (ГСР) "50-50".
ГСР представлял собой самолет-бесхвостку длиной 38 м с треугольным крылом большой переменной стреловидности по передней кромке типа "двойная дельта" (стреловидность 800 в зоне носового наплыва и передней части и 600 в концевой части крыла) размахом 16,5 м и площадью 240,0 м2 с вертикальными стабилизирующими поверхностями - килями (площадью по 18,5 м2) - на концах крыла.
Управление ГСР осуществлялось с помощью рулей направления на килях, элевонов и посадочных щитков. Самолет-разгонщик был оборудован 2-местной герметичной кабиной экипажа с катапультируемыми креслами.
Взлетая с разгонной тележки, для посадки ГСР использует трехопорное шасси с носовой стойкой, оборудованной спаренными пневматиками размером 850x250, и выпускаемой в поток в направлении "против полета". Основная стойка оснащена двухколесной тележкой с тандемным расположением колес размером 1300x350 для уменьшения требуемого объема в нише шасси в убранном положении. Колея основных стоек шасси 5,75 м.
В верхней части ГСР в специальном ложе крепился собственно орбитальный самолет и ракетный ускоритель, носовая и хвостовая части которых закрывались обтекателями.
На ГСР в качестве топлива использовался сжиженный водород, двигательная установка - в виде блока четырех турбореактивных двигателей (ТРД) разработки А.М.Люлька тягой на взлете по 17,5 т каждый, имеющих общий воздухозаборник и работающих на единое сверхзвуковое сопло внешнего расширения. При пустой массе 36 т ГСР мог принять на борт 16 т жидкого водорода (213 м3), для размещения которого отводилось 260 м3 внутреннего объема
Двигатель получил индекс АЛ-51 (в это же время в ОКБ-165 разрабатывался ТРДФ третьего поколения АЛ-21Ф, и для нового двигателя индекс выбрали "с запасом", начав с круглого числа "50", тем более что это же число фигурировало в индексе темы). Техническое задание на его создание получило ОКБ-165 А.М.Люльки (ныне - НТЦ имени А.М.Люльки в составе НПО "Сатурн").
Преодоление теплового барьера для ГСР обеспечивалось соответствующим подбором конструкционных и теплозащитных материалов.
Самолет-разгонщик.
В ходе работ проект постоянно дорабатывался. Можно сказать, что он находился в состоянии "перманентной разработки": постоянно вылезали какие-то неувязки - и все приходилось "доувязывать". В расчеты вмешивались реалии - существующие конструкционные материалы, технологии, возможности заводов и т.д. В принципе, на любом этапе проектирования двигатель был работоспособен, но не давал тех характеристик, которые хотели получить от него конструкторы. "Дотягивание" шло в течение еще пяти-шести лет, до начала 1970-х, когда работы по проекту "Спираль" были закрыты.
Двухступенчатый ракетный ускоритель.
Блок выведения представляет собой одноразовую двухступенчатую ракету-носитель, расположенную в "полуутопленном" положении в ложементе "на спине" ГСР. Для ускорения разработки аванпроектом предусматривалась разработка промежуточного (на топливе водород-кислород, H2+O2) и основного (на топливе водород-фтор, H2+F2) вариантов ракетного ускорителя.
При выборе топливных компонентов проектировщики исходили из условия обеспечения вывода на орбиту возможно большего полезного груза. Жидкий водород (H2) рассматривался как единственный перспективный вид горючего для гиперзвуковых воздушных аппаратов и как один из перспективных горючих для ЖРД, несмотря на его существенный недостаток - малый удельный вес (0,075 г/см3). Керосин в качестве топлива для ракетного ускорителя не рассматривался.
В качестве окислителей для водорода могут быть кислород и фтор. С точки зрения технологичности и безопасности кислород более предпочтителен, но его применение в качестве окислителя для водородного топлива приводит к значительно большим потребным объемам баков (101 м3 против 72,12 м3), то есть к увеличению миделя, а следовательно, лобового сопротивления самолета-разгонщика, что уменьшает его максимальную скорость расцепки до М=5,5 вместо М=6 при фторе.
Ускоритель.
Общая длина ракетного ускорителя (на фтороводородном топливе) 27,75 м, включая 18,0 м первой ступени с донным стекателем и 9,75 м второй ступени с полезной нагрузкой - орбитальным самолетом. Вариант кислородно-водородного ракетного ускорителя получился на 96 см длиннее и на 50 см толще.
Предполагалось, что фтороводородный ЖРД тягой 25 т для оснащения обеих ступеней ракетного ускорителя будет разрабатываться в ОКБ-456 В.П.Глушко на базе отработанного ЖРД тягой 10 т на фтороаммиачном (F2+NH3) топливе
Орбитальный самолет.
Орбитальный самолет (ОС) представлял собой летательный длиной 8 м и шириной плоского фюзеляжа 4 м, выполненный по схеме "несущий корпус", имеющий сильно затупленную оперенную треугольную форму в плане.
Основой конструкции являлась сварная ферма, на которую снизу крепился силовой теплозащитный экран (ТЗЭ), выполненный из пластин плакированного ниобиевого сплава ВН5АП с покрытием дисилицидом молибдена, расположенных по принципу "рыбной чешуи". Экран подвешивался на керамических подшипниках, выполнявших роль тепловых барьеров, снимая температурные напряжения за счет подвижности ТЗЭ относительно корпуса с сохранением внешней формы аппарата.
Верхняя поверхность находилась в затененной зоне и нагревалась не более 500 С, поэтому сверху корпус закрывался панелями обшивки из кобальт-никелевого сплава ЭП-99 и сталей ВНС.
Двигательная установка включала в себя:
- ЖРД орбитального маневрирования тягой 1,5 тс (удельный импульс 320 сек, расход топлива 4,7 кг/сек) для выполнения маневра по изменению плоскости орбиты и выдачи тормозного импульса для схода с орбиты; впоследствии предусматривалась установка более мощного ЖРД с тягой в пустоте 5 тс с плавной регулировкой тяги до 1,5 тс для выполнения точных коррекций орбиты;
- два аварийных тормозных ЖРД с тягой в пустоте по 16 кгс, работающие от топливной системы основного ЖРД с вытеснительной системой подачи компонентов на сжатом гелии;
- блок ЖРД ориентации, состоящий из 6 двигателей грубой ориентации с тягой по 16 кгс и 10 двигателей точной ориентации с тягой 1 кгс;
- ТРД со стендовой тягой 2 тс и удельным расходом топлива 1,38 кг/кг в час для полета на дозвуке и посадки, топливо - керосин. В основании киля расположен регулируемый воздухозаборник ковшового типа, открываемый только перед запуском ТРД.
В качестве промежуточного этапа на первых образцах боевых маневренных ОС предусматривалось применение для ЖРД топлива фтор+аммиак.
Для аварийного спасения пилота на любом участке полета в конструкции предусматривалась отделяемая кабина-капсула фарообразной формы, имеющая собственные пороховые двигатели для отстрела от самолета на всех этапах его движения от старта до посадки. Капсула была снабжена управляющими двигателями для входа в плотные слои атмосферы, радиомаяком, аккумулятором и аварийным блоком навигации. Приземление осуществлялось с помощью парашюта со скоростью 8 м/сек, поглощение энергии при этой скорости производится за счет остаточной деформации специальной сотовой конструкции угла капсулы.
Вес отделяемой снаряженной кабины с оборудованием, системой жизнеобеспечения, системой спасения кабины и пилотом 930 кг, вес кабины при приземлении 705 кг.
Система навигации и автоматического управления состояла из автономной астроинерциальной системы навигации, бортовой цифровой вычислительной машины, ЖРД ориентации, астрокорректора, оптического визира и радиовертикали-высотомера.
Для управления траекторией самолета при спуске помимо основной автоматической системы управления предусматривается резервная упрощенная система ручного управления по директорным сигналам.
Спасательная капсула
Варианты использования.
Дневной фоторазведчик.
Дневной фоторазведчик предназначался для детальной оперативной разведки малогабаритных наземных и подвижных морских предварительно заданных целей. Размещенная на борту фотоаппаратура обеспечивала разрешение на местности 1,2 м при съемке с орбиты высотой 130 плюс/минус 5 км.
Предполагалось, что поиск цели и визуальные наблюдения за земной поверхностью летчик будет вести через расположенный в кабине оптический визир с плавно изменяющейся кратностью увеличения от 3х до 50х. Визир был оснащен управляемым отражающим зеркалом для отслеживания цели с дистанции до 300 км. Съемка должна была производится автоматически после ручного совмещения летчиком плоскости оптической оси фотоаппарата и визира с целью; размер снимка на местности 20х20 км при дистанции фотографирования вдоль трассы до 100 км. За один виток летчик должен успеть сфотографировать 3-4 цели.
Фоторазведчик оснащен станциями КВ и УКВ диапазонов для передачи информации на землю. При необходимости повторного прохода над целью по команде летчика автоматически выполняется маневр поворота плоскости орбиты.
Радиолокационный разведчик.
Отличительной чертой радиолокационного разведчика являлось наличие внешней разворачиваемой одноразовой антенны размером 12х1,5 м. Предполагаемая разрешающая способность при этом должна была быть в пределах 20-30 м, что достаточно при разведке авианосных морских соединений и крупных наземных объектов, при ширине полосы обзора по наземным объектам - 25 км и до 200 км при разведке над морем.
Ударный орбитальный самолет.
Для поражения подвижных морских целей предназначался ударный орбитальный самолет. Предполагалось, что пуск ракеты "космос-Земля" с ядерной БЧ будет производиться из-за горизонта при наличии целеуказания от другого ОС-разведчика или спутника. Уточненные координаты цели определяются локатором, сбрасываемым перед сходом с орбиты, и средствами навигации самолета. Наведение ракеты по радиоканалу на начальных участках полета позволяло проводить коррекцию с повышением точности наведения ракеты на цель.
Ракета со стартовой массой 1700 кг при точности целеуказания плюс/минус 90 км обеспечивала поражение морской цели (типа авианосец), движущейся со скоростью до 32 узлов, с вероятностью 0,9 (круговое вероятное отклонение боеголовки 250 м).
Перехватчик космических целей "50-22".
Последним проработанным вариантом боевого ОС был перехватчик космических целей, разрабатывавшийся в двух модификациях:
- инспектор-перехватчик с выходом на орбиту цели, сближением с ней на расстояние 3-5 км и уравниванием скорости между перехватчиком и целью. После этого летчик мог провести инспекцию цели с помощью 50х-кратного оптического визира (разрешение на цели 1,5-2,5 см) с последующим фотографированием.
В случае решения пилота уничтожить цель в его распоряжении имелось шесть самонаводящихся ракет разработки СКБ МОП весом по 25 кг, обеспечивающих поражение целей на дальности до 30 км при относительных скоростях до 0,5 км/сек. Запаса топлива перехватчика хватает на перехват двух целей, расположенных на высотах до 1000 км при углах некомпланарности орбит целей до 100;
- дальний перехватчик, оснащенный самонаводящимися ракетами разработки СКБ МОП с оптическим координатором для перехвата космических целей на пересекающихся курсах при промахе перехватчика до 40 км, компенсируемым ракетой. Максимальная дальность пуска ракеты составляет 350 км. Вес ракеты с контейнером 170 кг. Поиск и обнаружение заранее заданной цели, а также наведение ракеты на цель производится летчиком вручную с помощью оптического визира. Энергетика этого варианта перехватчика также обеспечивает перехват 2-х целей, находящихся на высотах до 1000 км.
Космонавты "Спирали".
В 1966 году в Центре подготовки космонавтов (ЦПК) была сформирована группа для подготовки к полету на "изделии-50" - так в ЦПК зашифровывался орбитальный самолет по программе "Спираль". В состав группы вошли пять космонавтов, имеющих хорошую летную подготовку, в том числе космонавт N2 Герман Степанович Титов (1966-70 гг), и еще не летавшие в космос Анатолий Петрович Куклин (1966-67 гг), Василий Григорьевич Лазарев (1966-67 гг) и Анатолий Васильевич Филипченко (1966-67 гг).
Кадровый состав 4 отдела со временем менялся - подготовку к полету на "Спирали" в разное время прошли Леонид Денисович Кизим (1969-73 гг), Анатолий Николаевич Березовой (1972-74 гг), Анатолий Иванович Дедков (1972-74 гг), Владимир Александрович Джанибеков (июль-декабрь 1972 г), Владимир Сергеевич Козельский (август 1969 - октябрь 1971 г), Владимир Афанасьевич Ляхов (1969-73 гг), Юрий Васильевич Малышев (1969-73 гг), Александр Яковлевич Петрушенко (1970-73 гг) и Юрий Викторович Романенко (1972 г).
Наметившаяся тенденция к закрытию программы "Спираль" привела в 1972 году к численному сокращению 4 отдела до трех человек и к снижению интенсивности тренировок. В 1973 году группа космонавтов темы "Спираль" стала так и называться ВОС - Воздушно-орбитальный самолет (иногда встречается и другое наименование - Военный орбитальный самолет).
11 апреля 1973 года заместителем начальника 4 отдела 1 управления был назначен инструктор-космонавт-испытатель Лев Васильевич Воробьев. 1973 год стал последним годом 4 отдела 1 управления ЦПК - дальнейшая история отряда космонавтов ВОС сошла на нет..
Закрытие проекта.
С технической точки зрения работы шли успешно. По календарному плану разработки проекта "Спираль" предусматривалось создание дозвукового ОС начать в 1967 г, гиперзвукового аналога в 1968 г. Экспериментальный аппарат должен был впервые выводиться на орбиту в беспилотном варианте в 1970 г. Первый пилотируемый полет его намечался на 1977 г. Работы по ГСР должны были начаться в 1970 г, если его 4 многорежимных ТРД будут работать на керосине. В случае принятия перспективного варианта, т.е. топливом для двигателей является - водород, то постройку его предполагалось развернуть в 1972 г. Во 2-й половине 70-х гг. могли начаться полеты полностью укомплектованной АКС "Спираль".
Но, несмотря на строгое технико-экономическое обоснование проекта, руководство страны интерес к теме "Спираль" потеряло. Вмешательство Д.Ф.Устинова, бывшего в ту пору секретарем ЦК КПСС, курировавшим оборонную промышленность и ратовавшего за ракеты, отрицательно сказывалось на ходе программы. А когда ставший министром обороны А.А.Гречко, ознакомился в начале 70-х гг. со "Спиралью", он выразился ясно и однозначно: "Фантазиями мы заниматься не будем". Дальнейшее выполнение программы прекратили.
Но благодаря сделанному большому научно-техническому заделу, важности затронутых тем, выполнение проекта "Спираль" трансформировалось в различные научно-исследовательские работы и связанные с ними конструкторские разработки. Постепенно программа была переориентирована на летные испытания аппаратов-аналогов без перспектив создания на их базе реальной системы (программа БОР (Беспилотный Орбитальный Ракетоплан)).
Такова история проекта, который даже не будучи осуществленным, сыграл значительную роль в космической программе страны.
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.
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.
Из-за неосвоенности в качестве окислителя жидкого фтора для ускорения работ по АКС в целом в качестве промежуточного шага предлагалась альтернативная разработка двухступенчатого ракетного ускорителя на кислородно-водородном топливе и поэтапное освоение фторного топлива на ОС - сначала использование высококипящего топлива на азотном тетраксиде и несимметричном диметилгидразине (АТ+НДМГ), затем фторо-аммиачное топливо (F2+NH3), и только после накопления опыта планировалось заменить аммиак на амидол.
Благодаря особенностям заложенных конструктивных решений и выбранной схеме самолетного старта позволял реализовать принципиально новые свойства для средств выведения военных нагрузок в космос:
- вывод на орбиту полезного груза, составляющего по весу 9% и более от взлетного веса системы;
- уменьшение стоимости вывода на орбиту одного килограмма полезного груза в 3-3,5 раза по сравнению с ракетными комплексами на тех же компонентах топлива;
- вывод космических аппаратов в широком диапазоне направлений и возможность быстрого перенацеливания старта со сменой необходимого параллакса за счет самолетной дальности;
- самостоятельное перебазирование самолета-разгонщика;
- сведение к минимуму потребного количества аэродромов;
- быстрый вывод боевого орбитального самолета в любой пункт земного шара;
- эффективное маневрирование орбитального самолета не только в космосе, но и на этапе спуска и посадки;
- самолетная посадка ночью и в сложных метеоусловиях на заданный или выбранный экипажем аэродром с любого из трех витков.
СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ АКС СПИРАЛЬ.
Гиперзвуковой самолет-разгонщик (ГСР) "50-50".
ГСР представлял собой самолет-бесхвостку длиной 38 м с треугольным крылом большой переменной стреловидности по передней кромке типа "двойная дельта" (стреловидность 800 в зоне носового наплыва и передней части и 600 в концевой части крыла) размахом 16,5 м и площадью 240,0 м2 с вертикальными стабилизирующими поверхностями - килями (площадью по 18,5 м2) - на концах крыла.
Управление ГСР осуществлялось с помощью рулей направления на килях, элевонов и посадочных щитков. Самолет-разгонщик был оборудован 2-местной герметичной кабиной экипажа с катапультируемыми креслами.
Взлетая с разгонной тележки, для посадки ГСР использует трехопорное шасси с носовой стойкой, оборудованной спаренными пневматиками размером 850x250, и выпускаемой в поток в направлении "против полета". Основная стойка оснащена двухколесной тележкой с тандемным расположением колес размером 1300x350 для уменьшения требуемого объема в нише шасси в убранном положении. Колея основных стоек шасси 5,75 м.
В верхней части ГСР в специальном ложе крепился собственно орбитальный самолет и ракетный ускоритель, носовая и хвостовая части которых закрывались обтекателями.
На ГСР в качестве топлива использовался сжиженный водород, двигательная установка - в виде блока четырех турбореактивных двигателей (ТРД) разработки А.М.Люлька тягой на взлете по 17,5 т каждый, имеющих общий воздухозаборник и работающих на единое сверхзвуковое сопло внешнего расширения. При пустой массе 36 т ГСР мог принять на борт 16 т жидкого водорода (213 м3), для размещения которого отводилось 260 м3 внутреннего объема
Двигатель получил индекс АЛ-51 (в это же время в ОКБ-165 разрабатывался ТРДФ третьего поколения АЛ-21Ф, и для нового двигателя индекс выбрали "с запасом", начав с круглого числа "50", тем более что это же число фигурировало в индексе темы). Техническое задание на его создание получило ОКБ-165 А.М.Люльки (ныне - НТЦ имени А.М.Люльки в составе НПО "Сатурн").
Преодоление теплового барьера для ГСР обеспечивалось соответствующим подбором конструкционных и теплозащитных материалов.
Самолет-разгонщик.
В ходе работ проект постоянно дорабатывался. Можно сказать, что он находился в состоянии "перманентной разработки": постоянно вылезали какие-то неувязки - и все приходилось "доувязывать". В расчеты вмешивались реалии - существующие конструкционные материалы, технологии, возможности заводов и т.д. В принципе, на любом этапе проектирования двигатель был работоспособен, но не давал тех характеристик, которые хотели получить от него конструкторы. "Дотягивание" шло в течение еще пяти-шести лет, до начала 1970-х, когда работы по проекту "Спираль" были закрыты.
Двухступенчатый ракетный ускоритель.
Блок выведения представляет собой одноразовую двухступенчатую ракету-носитель, расположенную в "полуутопленном" положении в ложементе "на спине" ГСР. Для ускорения разработки аванпроектом предусматривалась разработка промежуточного (на топливе водород-кислород, H2+O2) и основного (на топливе водород-фтор, H2+F2) вариантов ракетного ускорителя.
При выборе топливных компонентов проектировщики исходили из условия обеспечения вывода на орбиту возможно большего полезного груза. Жидкий водород (H2) рассматривался как единственный перспективный вид горючего для гиперзвуковых воздушных аппаратов и как один из перспективных горючих для ЖРД, несмотря на его существенный недостаток - малый удельный вес (0,075 г/см3). Керосин в качестве топлива для ракетного ускорителя не рассматривался.
В качестве окислителей для водорода могут быть кислород и фтор. С точки зрения технологичности и безопасности кислород более предпочтителен, но его применение в качестве окислителя для водородного топлива приводит к значительно большим потребным объемам баков (101 м3 против 72,12 м3), то есть к увеличению миделя, а следовательно, лобового сопротивления самолета-разгонщика, что уменьшает его максимальную скорость расцепки до М=5,5 вместо М=6 при фторе.
Ускоритель.
Общая длина ракетного ускорителя (на фтороводородном топливе) 27,75 м, включая 18,0 м первой ступени с донным стекателем и 9,75 м второй ступени с полезной нагрузкой - орбитальным самолетом. Вариант кислородно-водородного ракетного ускорителя получился на 96 см длиннее и на 50 см толще.
Предполагалось, что фтороводородный ЖРД тягой 25 т для оснащения обеих ступеней ракетного ускорителя будет разрабатываться в ОКБ-456 В.П.Глушко на базе отработанного ЖРД тягой 10 т на фтороаммиачном (F2+NH3) топливе
Орбитальный самолет.
Орбитальный самолет (ОС) представлял собой летательный длиной 8 м и шириной плоского фюзеляжа 4 м, выполненный по схеме "несущий корпус", имеющий сильно затупленную оперенную треугольную форму в плане.
Основой конструкции являлась сварная ферма, на которую снизу крепился силовой теплозащитный экран (ТЗЭ), выполненный из пластин плакированного ниобиевого сплава ВН5АП с покрытием дисилицидом молибдена, расположенных по принципу "рыбной чешуи". Экран подвешивался на керамических подшипниках, выполнявших роль тепловых барьеров, снимая температурные напряжения за счет подвижности ТЗЭ относительно корпуса с сохранением внешней формы аппарата.
Верхняя поверхность находилась в затененной зоне и нагревалась не более 500 С, поэтому сверху корпус закрывался панелями обшивки из кобальт-никелевого сплава ЭП-99 и сталей ВНС.
Двигательная установка включала в себя:
- ЖРД орбитального маневрирования тягой 1,5 тс (удельный импульс 320 сек, расход топлива 4,7 кг/сек) для выполнения маневра по изменению плоскости орбиты и выдачи тормозного импульса для схода с орбиты; впоследствии предусматривалась установка более мощного ЖРД с тягой в пустоте 5 тс с плавной регулировкой тяги до 1,5 тс для выполнения точных коррекций орбиты;
- два аварийных тормозных ЖРД с тягой в пустоте по 16 кгс, работающие от топливной системы основного ЖРД с вытеснительной системой подачи компонентов на сжатом гелии;
- блок ЖРД ориентации, состоящий из 6 двигателей грубой ориентации с тягой по 16 кгс и 10 двигателей точной ориентации с тягой 1 кгс;
- ТРД со стендовой тягой 2 тс и удельным расходом топлива 1,38 кг/кг в час для полета на дозвуке и посадки, топливо - керосин. В основании киля расположен регулируемый воздухозаборник ковшового типа, открываемый только перед запуском ТРД.
В качестве промежуточного этапа на первых образцах боевых маневренных ОС предусматривалось применение для ЖРД топлива фтор+аммиак.
Для аварийного спасения пилота на любом участке полета в конструкции предусматривалась отделяемая кабина-капсула фарообразной формы, имеющая собственные пороховые двигатели для отстрела от самолета на всех этапах его движения от старта до посадки. Капсула была снабжена управляющими двигателями для входа в плотные слои атмосферы, радиомаяком, аккумулятором и аварийным блоком навигации. Приземление осуществлялось с помощью парашюта со скоростью 8 м/сек, поглощение энергии при этой скорости производится за счет остаточной деформации специальной сотовой конструкции угла капсулы.
Вес отделяемой снаряженной кабины с оборудованием, системой жизнеобеспечения, системой спасения кабины и пилотом 930 кг, вес кабины при приземлении 705 кг.
Система навигации и автоматического управления состояла из автономной астроинерциальной системы навигации, бортовой цифровой вычислительной машины, ЖРД ориентации, астрокорректора, оптического визира и радиовертикали-высотомера.
Для управления траекторией самолета при спуске помимо основной автоматической системы управления предусматривается резервная упрощенная система ручного управления по директорным сигналам.
Спасательная капсула
Варианты использования.
Дневной фоторазведчик.
Дневной фоторазведчик предназначался для детальной оперативной разведки малогабаритных наземных и подвижных морских предварительно заданных целей. Размещенная на борту фотоаппаратура обеспечивала разрешение на местности 1,2 м при съемке с орбиты высотой 130 плюс/минус 5 км.
Предполагалось, что поиск цели и визуальные наблюдения за земной поверхностью летчик будет вести через расположенный в кабине оптический визир с плавно изменяющейся кратностью увеличения от 3х до 50х. Визир был оснащен управляемым отражающим зеркалом для отслеживания цели с дистанции до 300 км. Съемка должна была производится автоматически после ручного совмещения летчиком плоскости оптической оси фотоаппарата и визира с целью; размер снимка на местности 20х20 км при дистанции фотографирования вдоль трассы до 100 км. За один виток летчик должен успеть сфотографировать 3-4 цели.
Фоторазведчик оснащен станциями КВ и УКВ диапазонов для передачи информации на землю. При необходимости повторного прохода над целью по команде летчика автоматически выполняется маневр поворота плоскости орбиты.
Радиолокационный разведчик.
Отличительной чертой радиолокационного разведчика являлось наличие внешней разворачиваемой одноразовой антенны размером 12х1,5 м. Предполагаемая разрешающая способность при этом должна была быть в пределах 20-30 м, что достаточно при разведке авианосных морских соединений и крупных наземных объектов, при ширине полосы обзора по наземным объектам - 25 км и до 200 км при разведке над морем.
Ударный орбитальный самолет.
Для поражения подвижных морских целей предназначался ударный орбитальный самолет. Предполагалось, что пуск ракеты "космос-Земля" с ядерной БЧ будет производиться из-за горизонта при наличии целеуказания от другого ОС-разведчика или спутника. Уточненные координаты цели определяются локатором, сбрасываемым перед сходом с орбиты, и средствами навигации самолета. Наведение ракеты по радиоканалу на начальных участках полета позволяло проводить коррекцию с повышением точности наведения ракеты на цель.
Ракета со стартовой массой 1700 кг при точности целеуказания плюс/минус 90 км обеспечивала поражение морской цели (типа авианосец), движущейся со скоростью до 32 узлов, с вероятностью 0,9 (круговое вероятное отклонение боеголовки 250 м).
Перехватчик космических целей "50-22".
Последним проработанным вариантом боевого ОС был перехватчик космических целей, разрабатывавшийся в двух модификациях:
- инспектор-перехватчик с выходом на орбиту цели, сближением с ней на расстояние 3-5 км и уравниванием скорости между перехватчиком и целью. После этого летчик мог провести инспекцию цели с помощью 50х-кратного оптического визира (разрешение на цели 1,5-2,5 см) с последующим фотографированием.
В случае решения пилота уничтожить цель в его распоряжении имелось шесть самонаводящихся ракет разработки СКБ МОП весом по 25 кг, обеспечивающих поражение целей на дальности до 30 км при относительных скоростях до 0,5 км/сек. Запаса топлива перехватчика хватает на перехват двух целей, расположенных на высотах до 1000 км при углах некомпланарности орбит целей до 100;
- дальний перехватчик, оснащенный самонаводящимися ракетами разработки СКБ МОП с оптическим координатором для перехвата космических целей на пересекающихся курсах при промахе перехватчика до 40 км, компенсируемым ракетой. Максимальная дальность пуска ракеты составляет 350 км. Вес ракеты с контейнером 170 кг. Поиск и обнаружение заранее заданной цели, а также наведение ракеты на цель производится летчиком вручную с помощью оптического визира. Энергетика этого варианта перехватчика также обеспечивает перехват 2-х целей, находящихся на высотах до 1000 км.
Космонавты "Спирали".
В 1966 году в Центре подготовки космонавтов (ЦПК) была сформирована группа для подготовки к полету на "изделии-50" - так в ЦПК зашифровывался орбитальный самолет по программе "Спираль". В состав группы вошли пять космонавтов, имеющих хорошую летную подготовку, в том числе космонавт N2 Герман Степанович Титов (1966-70 гг), и еще не летавшие в космос Анатолий Петрович Куклин (1966-67 гг), Василий Григорьевич Лазарев (1966-67 гг) и Анатолий Васильевич Филипченко (1966-67 гг).
Кадровый состав 4 отдела со временем менялся - подготовку к полету на "Спирали" в разное время прошли Леонид Денисович Кизим (1969-73 гг), Анатолий Николаевич Березовой (1972-74 гг), Анатолий Иванович Дедков (1972-74 гг), Владимир Александрович Джанибеков (июль-декабрь 1972 г), Владимир Сергеевич Козельский (август 1969 - октябрь 1971 г), Владимир Афанасьевич Ляхов (1969-73 гг), Юрий Васильевич Малышев (1969-73 гг), Александр Яковлевич Петрушенко (1970-73 гг) и Юрий Викторович Романенко (1972 г).
Наметившаяся тенденция к закрытию программы "Спираль" привела в 1972 году к численному сокращению 4 отдела до трех человек и к снижению интенсивности тренировок. В 1973 году группа космонавтов темы "Спираль" стала так и называться ВОС - Воздушно-орбитальный самолет (иногда встречается и другое наименование - Военный орбитальный самолет).
11 апреля 1973 года заместителем начальника 4 отдела 1 управления был назначен инструктор-космонавт-испытатель Лев Васильевич Воробьев. 1973 год стал последним годом 4 отдела 1 управления ЦПК - дальнейшая история отряда космонавтов ВОС сошла на нет..
Закрытие проекта.
С технической точки зрения работы шли успешно. По календарному плану разработки проекта "Спираль" предусматривалось создание дозвукового ОС начать в 1967 г, гиперзвукового аналога в 1968 г. Экспериментальный аппарат должен был впервые выводиться на орбиту в беспилотном варианте в 1970 г. Первый пилотируемый полет его намечался на 1977 г. Работы по ГСР должны были начаться в 1970 г, если его 4 многорежимных ТРД будут работать на керосине. В случае принятия перспективного варианта, т.е. топливом для двигателей является - водород, то постройку его предполагалось развернуть в 1972 г. Во 2-й половине 70-х гг. могли начаться полеты полностью укомплектованной АКС "Спираль".
Но, несмотря на строгое технико-экономическое обоснование проекта, руководство страны интерес к теме "Спираль" потеряло. Вмешательство Д.Ф.Устинова, бывшего в ту пору секретарем ЦК КПСС, курировавшим оборонную промышленность и ратовавшего за ракеты, отрицательно сказывалось на ходе программы. А когда ставший министром обороны А.А.Гречко, ознакомился в начале 70-х гг. со "Спиралью", он выразился ясно и однозначно: "Фантазиями мы заниматься не будем". Дальнейшее выполнение программы прекратили.
Но благодаря сделанному большому научно-техническому заделу, важности затронутых тем, выполнение проекта "Спираль" трансформировалось в различные научно-исследовательские работы и связанные с ними конструкторские разработки. Постепенно программа была переориентирована на летные испытания аппаратов-аналогов без перспектив создания на их базе реальной системы (программа БОР (Беспилотный Орбитальный Ракетоплан)).
Такова история проекта, который даже не будучи осуществленным, сыграл значительную роль в космической программе страны.
