Проект авиационно-космической системы (АКС) «Вьюга» был разработан московской компанией «Лин Индастриал», работающей при содействии фонда «Сколково», по требованию неназванного заказчика. Целью проекта была проработка облика многоразовой двухступенчатой системы, предназначенной для вывода на орбиту людей и различных грузов. При этом, по причине ограниченной грузоподъемности системы, в качестве основной задачи рассматривается выполнение различных научных исследований и т.д. Кроме того, не исключается военное применение системы в целях выполнения разведки или в качестве носителя высокоточного оружия.
В предложенном виде система «Вьюга» имеет ряд характерных преимуществ. Обеспечивается полная многоразовость всех компонентов системы, использование существующего самолета-носителя, возможность вывода нагрузки на орбиты в широком диапазоне наклонений, а также экологическая безопасность. Кроме того, использование самолета-носителя позволяет выполнять запуски полезной нагрузки из различных районов планеты, в том числе с взлетом с территории страны-заказчика.
Общий вид АКС "Вьюга" перед взлетом
Проект АКС «Вьюга» подразумевает использование комплекса, состоящего из трех основных компонентов. Основным элементом, обеспечивающим работоспособность остальных, является самолет-носитель с набором креплений для перевозки остальной техники. Также предложено использование первой ступени с ракетными двигателями, отвечающей за разгон т.н. орбитальной ступени. Последняя представляет собой аппарат, способный летать как в атмосфере, так и за ее пределами. Все элементы комплекса «Вьюга» должны иметь возможность возвращения на базу.
Как сообщает организация-разработчик, создание АКС «Вьюга» началось с изучения имеющихся возможностей и определения параметров требуемой техники. Так, полезная нагрузка комплекса была определена на уровне 450 кг, выводимых на низкую околоземную нагрузку. Отмечается, что схожие параметры грузоподъемности имеют технологические спутники типа «Фотон». Далее, с учетом расчетов по различным элементам комплекса, был определен круг потенциальных носителей системы.
От военно-транспортных самолетов Ан-124 «Руслан» и Ан-225 «Мрия» было решено отказаться по причине избыточных характеристик грузоподъемности. Ракетоносец Ту-160 не подошел ввиду малого количества существующих машин этого типа. В итоге рассматривались только самолеты М-55Х «Геофизика», МиГ-31 и Ил-76. Дальнейшие расчеты показали, что «Геофизика» и МиГ-31 не могут использоваться в качестве самолета-разгонщика авиационно-космической системы. Эти самолеты отличаются высоким практическим потолком, однако имеют недостаточную грузоподъемность. При их использовании полезная нагрузка «Вьюги» не могла бы превысить 50-60 кг, что не соответствовало изначальным расчетам.
Схема комплекса в сборе
Таким образом, единственным подходящим носителем системы был военно-транспортный самолет Ил-76. Однако и в этом случае не все особенности конструкции позволяли использовать технику без каких-либо доработок. Расчеты показали, что для транспортировки и запуска разгонной и орбитальной ступени самолет нуждается в усилении конструкции и установке некоторого нового оснащения. Такие доработки позволяли наиболее полно реализовать имеющиеся преимущества в виде высокой грузоподъемности, а также компенсировать имеющийся проигрыш в высотности в сравнении с другими потенциальными носителями.
Проектом «Вьюга» в его нынешнем виде предусматривается модернизация самолета Ил-76 с использованием некоторых новых агрегатов. В центральной части грузоотсека самолета предлагается монтировать специальную опорную ферму, перераспределяющую вес ракетных систем на силовые элементы самолета. Это изделие представляет собой ажурную конструкцию длиной 12,9 м, шириной 3,3 м и высотой 2,7 м с выступающими элементами в верхней части, выводимыми за пределы фюзеляжа. Изначально ферму предлагалось изготавливать из углепластика, но в дальнейшем из соображений прочности проект был изменен. Теперь изделие должно состоять из титановых элементов диаметром 85 мм. При этом масса фермы составляет 6,2 т. Возможно некоторое облегчение конструкции за счет уменьшения толщины деталей нижней части фермы.
После установки фермы на самолет на верхней поверхности его фюзеляжа появляются несколько узлов для стыковки с первой ступенью ракетной системы. С их помощью предлагается связывать самолет-носитель с другими элементами комплекса. Крепления должны иметь системы управления, обеспечивающие сброс ракетных систем в требуемый момент.
По результатам предварительных конструкторских работ и исследований с применением компьютерного моделирования конструкторами «Лин Индастриал» был сформирован общий облик первой ступени АКС «Вьюга». Это изделие должно представлять собой сравнительно крупный летательный аппарат с ракетным двигателем, предназначенный для разгона орбитальной ступени после отделения от самолета-разгонщика. Подобные методы применения привели к необходимости проработки некоторых особенностей конструкции. В частности, понадобилось разработать крыло и стабилизатор, предназначенные для отведения ракетной системы от самолета-носителя после отделения.
Конструкция фермы, предлагаемой для установки на самолет-разгонщик
Предлагается достаточно простая конструкция первой ступени. Все основные агрегаты этой техники должны монтироваться на продолговатой ферме, являющейся основой конструкции. На верхней части фермы предлагается крепить баки для горючего и окислителя, позади которых должен помещаться двигатель. При этом задний бак, в отличие от переднего, должен иметь более сложную форму, необходимую для правильного размещения орбитальной ступени. На нижней части фермы предусматриваются крепления для плоскостей. Ввиду ожидаемых механических и тепловых нагрузок первая ступень должна получать теплозащиту нижней части фюзеляжа.
Для полета в атмосфере сразу после отделения от носителя и при заходе на посадку первая ступень «Вьюги» должна использовать набор различных плоскостей. В центральной части фюзеляжа предлагается монтировать крыло низкого расположения. Также разработано двухкилевое хвостовое оперение со стабилизаторами сравнительно малого размера. Внутри планера предлагается монтировать посадочное шасси, необходимое для возвращения первой ступени на требуемый аэродром.
К настоящему времени, как сообщается, был сформирован облик одного из основных элементов первой ступени – бака окислителя. К этому изделию предъявлялись высокие требования по прочности, объему, герметичности и другим параметрам, вплоть до необходимости максимальной выработки залитой жидкости. С учетом этих требований и особенностей жидкого кислорода была определена общая конструкция бака. Цилиндрическая боковая поверхность бака должна выполняться из углеволокна с эпоксидным связующим, а также получать внутреннее покрытие в виде пленки ПМФ-352. Последняя необходима для снижения негативного воздействия низкотемпературного окислителя на композитные детали. Шпангоуты и днища, вклеиваемые в композитную деталь, предлагается делать из алюминиево-магниевого сплава. Внутри бака следует устанавливать перегородки-успокоители, трубопроводы и другие необходимые детали.
Общий вид первой ступени
В хвостовой части первой ступени предлагается монтировать однокамерный жидкостный ракетный двигатель с требуемыми характеристиками. Силовая установка, использующая керосин и жидкий кислород, должна показывать скорость истечения газов на уровне 3,4 км/с, что позволит достичь требуемых параметров тяги. Расчетная скорость первой ступени – порядка 4720 м/с.
При общей длине 17,45 м первая ступень АКС «Вьюга» должна иметь сухую массу 3,94 т, полную стартовую – 30,4 т. При этом большая часть стартовой массы приходится на топливо: 7050 кг горючего и 19210 кг окислителя.
К хвостовой части фюзеляжа первой ступени предлагается крепить т.н. орбитальную ступень, предназначенную для транспортировки полезной нагрузки и ее вывода на требуемую траекторию/орбиту. Характерные особенности эксплуатации такой техники привели к формированию необычного вида ступени. Орбитальная ступень «Вьюги» должна иметь обтекаемую форму внешних агрегатов планера с оживальной верхней частью головного обтекателя и сечением хвостового блока, близким к овальному. Днище с теплозащитным покрытием должно иметь незначительно выгнутую форму.
В верхней части корпуса орбитальной ступени предлагается размещать парашютный отсек, отсек аппаратуры управления, позади которых должен находиться крупный объем для размещения полезной нагрузки. Под этими отсеками предусматриваются места для монтажа сферических и цилиндрических баков для компонентов топлива. Хвостовая часть корпуса отдана под двигатель. В верхней части фюзеляжа могут устанавливаться створки люка, предназначенного для монтажа полезной нагрузки в корпусе ступени, а также для ее выведения наружу при выполнении различных работ. В частности, такой люк может использоваться для разворачивания солнечных батарей при использовании аппарата в орбитальной конфигурации.
Описание первой ступени
В существующем виде проект «Вьюга» подразумевает строительство орбитальной ступени длиной 5505 мм, шириной 2604 мм и высотой 1,5 м. Сухая масса орбитальной ступени – 950 кг. Полезная нагрузка – 450 кг. Вместе с запасом топлива и окислителя аппарат должен весить 4,8 т. При этом на керосин, по расчетам, приходится 914 кг, на окислитель – 2486 кг. Скорость изделия должна достигать 4183 м/с.
Принципы использования авиационно-космической системы «Вьюга» выглядят достаточно просто и позволяют с минимально необходимыми затратами выводить полезную нагрузку на нужную траекторию или на низкую опорную орбиту. В ходе подготовки к выполнению поставленной задачи требуемая полезная нагрузка должна устанавливаться в грузовой отсек орбитальной ступени. Затем этот аппарат помещается на первую ступень, и вся система в сборе устанавливается на креплениях самолета-разгонщика. После заправки баков обеих ступеней керосином и жидким кислородом АКС «Вьюга» может начинать работу.
Первый этап работы системы требует правильной работы экипажа самолета-носителя. Ил-76 с элементами «Вьюги» на фюзеляже должен подняться на высоту 10 км и с нужным курсом выйти в район запуска ракетной системы. Далее предлагается осуществлять отцепку, после чего первая ступень должна удаляться от носителя и включать маршевый жидкостный двигатель. Самолет-носитель, в свою очередь, получает возможность вернуться на свой аэродром. Дальнейший полет производится ступенями самостоятельно и с использованием собственных систем управления.
Первая ступень имеет запас топлива, необходимый для работы двигателя в течение 185 с. За это время выполняется разгон орбитальной ступени с подъемом на заданную высоту. При помощи первой ступени АКС «Вьюга» должна подниматься на высоту 96 км и выводить орбитальную ступень на требуемую траекторию. После выработки топлива осуществляется сброс орбитальной ступени. Орбитальная ступень продолжает движение по заданной траектории, тогда как первая должна переходить в планирование и брать курс на посадочную площадку. Снижаясь и замедляя скорость, первая ступень в итоге должна производить посадку при помощи имеющегося шасси, используя «самолетный» способ. После посадки ступень может пройти необходимое обслуживание, которое позволяет использовать ее вновь.
Общий вид орбитальной ступени
Орбитальная ступень после отделения должна включать собственный двигатель и выполнять выход на заданную орбиту. При полной полезной нагрузке имеется возможность работы двигателя в течение 334 секунд с подъемом на орбиту высотой 200 км. После выхода на орбиту с необходимыми параметрами полезная нагрузка в виде научного оборудования или иной аппаратуры может начинать свою работу. Выполнив поставленные задачи, орбитальная ступень может возвращаться на Землю.
Для схода с орбиты предлагается использовать тормозной импульс, переводящий орбитальную ступень на посадочную траекторию. При помощи теплозащиты и обтекаемой формы корпуса ступень без рисков входит в плотные слои атмосферы и выходит в район посадки. На заданной высоте предлагается раскрывать парашют, отвечающий за мягкую посадку аппарата. Приземление «по-самолетному» не предусматривается по техническим и эксплуатационным причинам. После посадки специалисты могут начать работу с полезной нагрузкой. Кроме того, планируется осуществлять обслуживание орбитальной ступени с последующей подготовкой к новому вылету.
Подобный алгоритм использования АКС «Вьюга» предлагается для использования в научных целях. Кроме того, рассматривается возможность применения такой техники в интересах вооруженных сил. В таком случае авиационно-космическая система вместо орбитальной ступени может получать боевое оснащение с требуемыми характеристиками. Тем не менее, точные параметры такой версии комплекса еще не определены. На данный момент лишь рассматривается возможность создания боевой версии «Вьюги» и определяются возможные сферы его применения.
Боевой вариант АКС «Вьюга» может быть носителем ударной системы либо средств перехвата космических аппаратов противника. В последнем случае может быть получена высокая эффективность боевой работы, обеспеченная возможностью достаточно простого вывода боевого оснащения на орбиты с различными параметрами. Тем не менее, реализация подобных идей может быть связана с некоторыми затруднениями. Прежде всего, трудности должны быть связаны с ограничениями по массе полезной нагрузки. Даже полная замена орбитальной ступени специальной боевой системой не позволит создать изделие весом более нескольких тонн.
Орбитальная ступень, вид снизу, днище не показано. Белым отмечен корпус, синим - топливные баки, красным - двигатель, оранжевым - парашютный отсек, серым - отсек полезной нагрузки
Предложенная архитектура авиационно-космической системы позволяет получить некоторые преимущества перед другими комплексами аналогичного назначения. Главными плюсами проекта «Вьюга», способными дать значительный положительный экономический эффект, являются использование существующего самолета-носителя (тем не менее, нуждающегося в заметных доработках), а также возвращаемых ракетных ступеней. Возможность многократного использования первой и орбитальной ступеней предъявляет специфические требования к их конструкции, в первую очередь к характеристикам двигателей, однако может привести к заметному снижению стоимости отдельных запусков.
Вторым характерным плюсом проекта является отсутствие «привязки» к существующим космодромам. Стартовой площадкой для АКС «Вьюга» фактически может стать любой аэродром, способный принимать транспортные самолеты Ил-76 и имеющий некоторый набор оборудования для работы с ракетными системами. Благодаря этому вывод полезной нагрузки на орбиту может осуществляться почти из любой точки планеты. Как следствие, обеспечивается сравнительно простой вывод полезной нагрузки на орбиту с требуемым наклонением.
По имеющимся данным, в настоящее время проект авиационно-космической системы «Вьюга» от компании «Лин Индастриал» остается на стадии предварительных проработок. Определены общие особенности проекта, однако техническая документация пока не разрабатывалась. Имеются сведения, согласно которым предварительный вариант проекта «Вьюга» не получил одобрения заказчика, инициировавшего его разработку, и, как следствие, остался без финансирования. По оценкам разработчика, на проведение первого этапа научно-исследовательской работы требуется финансирование в размере 3,2 млн рублей. Для выполнения дальнейших работ понадобятся новые инвестиции. При этом оценки времени и финансовых затрат, необходимых на завершение проекта, пока не уточняются.
Следует отметить, проект АКС «Вьюга» не является первой подобной отечественной разработкой своего класса. Работы в этом направлении в нашей стране стартовали еще в шестидесятых годах прошлого века и велись несколькими организациями во главе с ОКБ-155. Целью проекта «Спираль» было создание комплекса, способного при помощи гиперзвукового самолета-разгонщика, разгонного блока и т.н. орбитального самолета выводить на орбиту полезную нагрузку. Готовый комплекс «Спираль» мог использоваться в различных целях, в первую очередь в военных.
Схема использования авиационно-космической системы "Вьюга"
С конца шестидесятых и до середины семидесятых годов было построено несколько прототипов перспективной техники, использовавшихся в различных испытаниях. В частности, аппараты серии БОР совершили несколько суборбитальных и орбитальных полетов. Для испытаний в атмосфере использовался самолет МиГ-105.11. После завершения испытаний работы по проекту «Спираль» были прекращены. Заказчик посчитал более перспективным новый проект «Энергия-Буран». Некоторые прототипы, построенные в рамках программы «Спираль», в дальнейшем стали музейными экспонатами.
С начала восьмидесятых в НПО «Молния» велась разработка проекта «Многоцелевой авиационно-космический системы» (МАКС). В состав этой системы предлагалось включить самолет-носитель Ан-225 и орбитальный самолет с дополнительным топливным баком. В зависимости от конфигурации, комплекс МАКС мог бы доставлять на орбиту 7 или 18 т полезной нагрузки. Рассматривались как автоматический грузовой, так и пилотируемый варианты системы.
В связи с проблемами начала девяностых годов работы по проекту МАКС были прекращены. Только в 2012 году появились сообщения о возможном возобновлении работ и создании современной версии комплекса. Кроме того, упоминалась возможность доработки существующего проекта с использованием иных самолетов-носителей и т.д. Насколько известно, за прошедшее время особые успехи в ходе возобновленного проекта МАКС достигнуты не были.
Силами частной ракетно-космической компании «Лин Индастриал» в настоящее время создается новый вариант перспективного авиационно-космического комплекса, способного решать различные задачи научного и иного характера. К настоящему времени был проработан общий облик системы и определены основные ее особенности, характеристики и т.д. Тем не менее, работы пока не могут продвинуться дальше по причине недостатка финансирования. Найдет ли компания-разработчик инвестора и сможет ли довести интересный проект до практической реализации – покажет время. Если проекту АКС «Вьюга» удастся дойти хотя бы до испытаний с выводом орбитальной ступени в космос, это будет большим успехом для всей отечественной космической отрасли, как государственной, так и частной. Однако до таких успехов пока далеко: проект все еще нуждается в длительном продолжении разработки.
По материалам сайтов:
https://spacelin.ru/
http://tvzvezda.ru/
http://vpk.name/
https://rg.ru/
http://testpilot.ru/
Страница АКС «Вьюга» на сайте разработчика:
https://spacelin.ru/proekty/aerokosmicheskaya-sistema-vyuga/
