По прогнозу Артура Кларка в 2012 году начнутся регулярные полеты первых аэрокосмолетов (комбинация самолета и космического корабля). К великому сожалению, на сей счет всемирно известный фантаст и прорицатель явно заблуждается...
* * *
После единственного беспилотного полета орбитального корабля "Буран" прошло уже более 12 лет, но до сих пор нет единого мнения о том, является этот полет крупным достижением или, напротив, досадным недоразумением в развитии отечественной космонавтики. Говорят, история ничему не учит, и все же...
Не следует забывать о "Буранной" мифологии
Создатели ракетно-космического комплекса "Энергия" - "Буран" с завидной настойчивостью и с "легкостью необыкновенной в мыслях" утверждают, что их детище "опередило свое время", и выражают надежды на то, что "государственная мудрость позволит найти оптимальный путь использования созданного достояния". Оправдывая задним числом необходимость строительства такого комплекса, они приводят аргументы, которые можно отнести к модной ныне категории виртуальной реальности, а проще говоря, к разряду мифов.
Миф первый: комплекс "Э-Б" представляет собой универсальную многоразовую космическую систему, В действительности многоразовым является лишь один из двух компонентов этой системы - орбитальный корабль "Буран", - хотя возможность многократного использования его и не подтверждена на практике. Что же касается "Энергии", то это обычная одноразовая ракета-носитель тяжелого класса, универсальность применения которой, помимо пусков с "Бураном", - запуски геостационарных спутников связи, выведение в космос блоков крупной орбитальной станции, осуществление экспедиции на Луну и пр. - также не получила реального воплощения.
Миф второй: систематические полеты "Бурана" оказались невозможными из-за кризиса российской экономики. Разоблачение этого мифа не составляет особого труда: мнимые универсальность и многоразовость комплекса "Э-Б" обернулись для нас неслыханными, затратами (17 миллиардов рублей в доперестроечных ценах!) только на его проектирование, строительство ж наземные испытания. О стоимости его несостоявшейся эксплуатации можно судить лишь по косвенным оценкам. Каждый полет американского челнока. "Спейс Шаттл", у которого единственным одноразовым элементом конструкции является подвесной топливный бак, обходится налогоплательщикам США примерно в 400 миллионов долларов. Учитывая эти данные, легко представить, во что обошелся нам полет "Бурана", сопровождавшийся безвозвратной потерей такого дорогостоящего носителя, каким оказалась ракета "Энергия" с ее уникальными двигателями и автономной системой управления" Вывод напрашивается сам собой: освоение практического применения и регулярная эксплуатация комплекса "Э-Б" нанесли бы ощутимый урон экономике страны даже в условиях ее бескризисного развития.
Миф третий, не требующий комментариев ввиду его полной абсурдности: создание "Бурана" якобы предотвратило угрозу бомбардировки российской столицы с борта американского космического челнока, выводимого с завидной регулярностью на околоземную орбиту.
Все это мифотворчество не в состоянии, затушевать столь очевидный, сколь и парадоксальный факт: разработчики комплекса "Э-Б", во-первых, имели очень смутное представление о его предназначении, а во-вторых, их нимало не смущали стоимостные аспекты реализации своего проекта. И это в годы, когда народное хозяйство было плановым, и вопреки руководящему "ценному указанию" о том, что "экономика должна быть экономной"!
Проекты или прожекты?
В октябре 1998 года исполнилось 30 лет с начала регулярных пилотируемых полетов космических кораблей типа "Союз". За эти годы корабль "Союз" неоднократно модернизировался, но при этом положенные в его основу технические решения оставались неизменными: он как был, так и остался одноразовым маломаневренным кораблем-спутником со спускаемым аппаратом, приземляющимся с помощью парашютов в узкой полосе, определяемой наклонением орбиты, - без так называемого параллакса.
Существенным недостатком "Союза" следует признать значительные (до восьмикратных) перегрузки, воздействующие на экипаж при торможении спускаемого аппарата в земной атмосфере. Не случайно доставку на Международную космическую станцию МКС - эту своеобразную "коммуналку на орбите" - и возвращение с нее астронавтов и космонавтов планируется осуществлять челноком "Спейс Шаттл", на всех этапах полета которого перегрузки не выше троекратных, а наши "Союзы" предполагается использовать лишь как средство для экстренного (аварийного) покидания станции экипажем.
Итак, российская космонавтика вступает в XXI век без собственного орбитального корабля многократного применения. Между тем, в последнее десятилетие во многих индустриально развитых странах, и прежде всего в США, широко проводятся расчетно-теоретические и экспериментальные исследования, направленные на создание многоразовых аэрокосмических систем второго поколения, в том числе и воздушно-космических самолетов, использующих атмосферу Земли не только при возвращении с орбиты, но и на начальном этапе полета - от старта до высоты порядка 40 километров. Справедливости ради надо сказать, что среди многочисленных проектов подобных систем мало принципиально новых по сравнению с аналогичными проработками тридцатилетней давности, разве что еще больше стало экзотики и экстравагантности. Заявки некоторых зарубежных фирм на разработку одноступенчатых аэрокосмических челноков явно "опережают время" и носят прожектерский, откровенно рекламный характер.
Бум "идей многоразовости" не обошел стороной и российские ракетно-космические фирмы. После прекращения работ по бесперспективному "Бурану" основополагающие принципы челночной космонавтики не были преданы у нас забвению: они стали теоретической базой для целого ряда аэрокосмических проектов, выполняемых в рамках поисковой научно-исследовательской темы "Орел". Как и аналогичные зарубежные проекты, они различаются по глубине проработки в концептуальном, конструкционном и стоимостном отношениях. Общими же для них являются трудности решения одной и той же задачи - проблемы выбора эффективной и надежной силовой установки первой ступени проектируемой системы.
Давно известная заманчивая идея применения гиперзвуковых воздушно-реактивных двигателей (ВРД) для старта и разгона многоразовых космических систем по-прежнему остается "журавлем в небе". Все мыслимые схемы таких двигателей - прямоточные, турбопрямоточные, ракетно-прямоточные, ракетно-турбинные и другие - достаточно подробно были исследованы еще в 60-х годах нашего столетия, однако ни одна из них так и не получила реального воплощения в металле.
Объясняется это тем, что на пути создания гиперзвуковых ВРД существуют серьезные препятствия, из числа которых самым труднопреодолимым считается, пожалуй, обеспечение подвода к таким двигателям атмосферного воздуха, служащего для них рабочим телом и одновременно окислителем горючего. Дело в том, что в полном соответствии со вторым законом термодинамики молекулы воздуха "не желают" уплотняться: для них, молекул, (как, впрочем, и для людей) это сугубо противоестественный процесс. По этой и по ряду других причин гиперзвуковые ВРД, предназначаемые для работы в широких диапазонах скоростей и высот полета, оказываются очень "капризными" - они требуют значительного изменения количества подводимого к ним воздуха в зависимости от изменения полетных условий. Возникает чрезвычайно сложная задача конструирования силовых установок с регулируемыми гиперзвуковыми воздухозаборниками, нуждающимися к току же в интенсивном охлаждении. При существующих конструкционных материалах и современных технологиях эта задача не поддается решению.
Стартует как ракета, возвращается как планер
Сказанное выше позволяет сделать негативный прогноз: в ближайшие два-три десятилетия не приходится рассчитывать на появление эффективно и надежно работающих гиперзвуковых ВРД, Значит, при разработке многоразовых аэрокосмических систем второго поколения нужно ориентироваться на менее экономичные, но зато хорошо освоенные жидкостные ракетные двигатели (ЖРД).
Крылатые летательные аппараты с ЖРД принято называть ракетопланами. Первым действующим ракетопланом в авиации явился Ме-163 - немецкий истребитель-перехватчик времен второй мировой войны, - а в космонавтике им стал американский "Спейс Шаттл". (Заметим, что наш "Буран", не имеющий собственного разгонного двигателя, не может быть отнесен к классу ракетопланов: он представляет собой по существу орбитальный планер.)
Каким же видится облик перспективного космического ракетоплана в самых общих чертах?
По современным представлениям, это должен быть двухступенчатый комплекс без каких-либо отбрасываемых в полете частей конструкции. Первая ступень комплекса - ракетоплан-разгонщик - снабжена несколькими линейными ЖРД, хорошо вписывающимися в глубоко интегрированную аэродинамическую схему "несущий фюзеляж плюс крыло". Линейные ЖРД могут быть обычными двухкомпонентными или перспективными трехкомпонентными, использующими в качестве окислителя жидкий кислород, а в качестве горючего - сначала керосин, а затем жидкий водород.
Ракетоплан-разгонщик вместе с установленной на нем второй ступенью стартует вертикально. Предпочтение вертикальному старту отдается по двум соображениям. Во-первых, набор высоты следует производить как можно быстрее, чтобы минимизировать расход топлива "прожорливыми" ЖРД на преодоление земного притяжения (правда, возникающая при быстром подъеме перегрузка не должна превышать трех-четырех единиц по требованиям комфортности для экипажа). Во-вторых, при таком старте в несколько раз уменьшается масса шасси первой ступени, так как оно используется лишь для посадки ракетоплана-разгонщика, полностью выработавшего запас топлива.
Вторая ступень комплекса - орбитальный ракетоплан - по своей аэродинамической схеме и конструкции мало отличается от первой. Ее силовая установка, также состоящая из нескольких двух- или трехкомпонентных ЖРД, работает со старта вплоть до выхода на орбиту. До момента разделения ступеней (он оптимизируется по простому критерию - минимизации стартовой массы комплекса при заданной полезной нагрузке) двигатели орбитального ракетоплана питаются топливом из баков ракетоплана-разгонщика. После разделения ступеней ракетоплан-разгонщик возвращается к месту старта и производит посадку на аэродром как планер, а вторая ступень разгоняется с набором высоты до первой космической скорости. Выполнив задание, орбитальный ракетоплан тормозится в плотных слоях атмосферы с максимально возможным боковым маневром (параллаксом) до 2000 километров и совершает посадку на заданный аэродром.
Важно отметить, что первая ступень комплекса может использоваться не только как разгонщик орбитального ракетоплана, но и как летающая лаборатория для испытаний перспективных гиперзвуковых ВРД.
Разумеется, о целесообразности разработки такого проекта (как и всякого другого) можно будет судить лишь по результатам его тщательной экспертной оценки. Состоявшееся в 1999 году преобразование Российского космического агентства в "отечественное НАСА в миниатюре" - Российское авиационно-космическое агентство (РАКА) вселяет определенную надежду на то, что из множества разрабатываемых в России проектов многоразовых аэрокосмических систем будет выбрана (на конкурсной основе, разумеется) система, обеспечивающая высокий уровень транспортной эффективности, надежности и безопасности для окружающей среды.
Поиск оптимального с технической точки зрения и посильного для экономики страны пути развития челночной космонавтики в XXI столетии должен стать для РАКА одной из насущных задач, решение которых не терпит отлагательства.
Каманин Л.Н.
Оригинальный текст предоставлен автором и используется с его разрешения. Статья подготовлена к печати в 2000 году, но не была опубликована.