Морская эпопея беспилотных орбитальных ракетопланов

12 апреля 1961 г. Юрий Алексеевич Гагарин, 50-летний юбилей полёта которого мы отмечаем в 2011 г., своей крылатой фразой «Поехали!» позвал нас в космос. Переделанная из баллистической ракеты Р-7 ракета-носитель «Восток» подняла человека планеты Земля на недосягаемую прежде высоту. Один виток 108-минутного полёта открыл эру пилотируемых космических полётов. Сегодня уже не один десяток стран имеют своих собственных космонавтов.

И это не прихоть, а необходимость, которую осознают даже экзотические страны. Многие побывали в космосе, благодаря всё той же королёвской «семёрке», а кто-то взметнулся к космическим орбитам на крыльях американского челнока-шаттла.

Мало кто знает, что и Гагарин мог полететь в космос и вернуться на крыльях космического самолёта, который разрабатывался П. В. Цыбиным по просьбе С. П. Королёва. Но тогда это было ещё слишком фантастично. Куда проще и надёжней был ракетный старт и спуск с орбиты под толстой скорлупой теплозащитного покрытия в капсуле, по баллистической траектории.

Но наука и техника не стоят на месте. Транспортный поток по маршруту «Земля–орбита–Земля» возрастает. Орбитальные космические станции на полном серьёзе рекламируются как самые высотные гостиницы. И в космос уже летают туристы. А для них более комфортен и привычен всё же полёт на крыльях, чем испытание перегрузками баллистического спуска с орбиты.

Конечно, наши отечественные умы, создавая космический самолёт «Буран» как ответ американскому шаттлу, меньше всего руководствовались комфортом будущих любителей поглазеть на звёзды из космоса. Но, тем не менее, работы по орбитальным самолётам у нас не прекращались никогда.

Вот и когда нужно было испытать в реальном космическом полёте теплозащиту будущего орбитального самолёта (ОС) «Буран», наши учёные мужи взяли уже готовый орбитальный самолёт, созданный в 1960-х годах для аэрокосмической системы «Спираль», и обклеили его «бурановскими» теплозащитными плитками. Это был беспилотный орбитальный ракетоплан (БОР) с порядковым номером 4 (рис. 1).

ОС БОР-4 представлял собой летательный аппарат (ЛА), во многом похожий на БОР-3, т. е. типа «несущий корпус» с поворотными стреловидными крыльями, оси вращения которых были почти параллельны его продольной оси. На верхней поверхности аппарата устанавливался тормозной жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) для схода с орбиты с блоком питания. В качестве органов управления при полёте в космосе и в атмосфере использовались 8 микро-ЖРД, расположенных на задней стенке ОС. Они работали по программе бортовой автономной системы управления, получающей информацию от инерциальной навигационной системы. При полёте в атмосфере дифференциальным отклонением консолей крыла от балансировочного положения обеспечивалось управление аппаратом по углу крена. Управления по углу атаки БОР не имел. Он определялся величиной «развала» (угол поперечного V) этих поворотных крыльев, при котором модель самобалансируется при входе в верхние слои атмосферы. Так, при выводе аппарата под обтекателем РН на орбиту его крылья были сложены. После разделения они переводились в положение, обеспечивающее балансировку ОС в атмосфере с высоты 70–60 км, забегая вперёд, на угле атаки 570 в первом полёте и 52–540 в последующих полётах.

Основными задачами системы управления БОР были обеспечение его полёта в атмосфере по заданной траектории и приведение его в точку посадки. Для решения этих основных задач необходимо было решить ряд промежуточных:

– обеспечение решения навигационной задачи;

– определение точки подачи тормозного импульса и его величины, необходимой для схода с орбиты и входа в атмосферу в заданном месте с заданным углом наклона траектории;

– выдерживание заданных значений углов курса и тангажа на орбитальном участке полёта и угла крена на орбите;

– определение и выдерживание заданного угла крена в каждый момент времени при полёте в атмосфере;

– создание необходимых условий при вводе в действие парашютной системы спасения;

– определение момента ввода в действие парашютной системы спасения.

Чтобы получить исходные данные для решения этих задач и определить основные характеристики аппарата, его систем, а также для проверки готовности всего лётно-экспериментального комплекса БОР-4 сначала был запущен по баллистической траектории, т. е. без выхода на орбиту и витка вокруг Земли, в направлении озера Балхаш. Поскольку полёт был суборбитальным, БОР не имел штатной теплозащиты, и громким наименованием «Космос», как его «младшие братья», награждён не был. Обновлённый БОР получил обозначение БОР-4С и порядковый номер 401, что означало: БОР-4, экземпляр 01.

Постановлением Правительства головная роль при проведении лётных испытаний БОРов возлагалась на ЛИИ МАП во главе с Г. П. Владычиным и А. А. Кондратовым. Испытания проводились с участием специалистов военного испытательного института во главе с Председателем Госкомиссии по испытаниям беспилотных ракетопланов космонавтом № 2 генерал-лейтенантом авиации Г. С. Титовым, бывшим в ту пору первым заместителем начальника ГУКОС. Руководителем работ по БОР-4 в НПО «Молния» в качестве заместителя главного конструктора был С. А. Микоян, ведущим конструктором – В. Ю. Гресс.

Аппарат БОР-4 должен был стартовать верхом на ракете-носителе «Космос-3М» с Государственного центрального полигона № 4 Министерства обороны СССР, что в астраханской степи, более известного как Капустин Яр. После одного витка вокруг Земли беспилотный крылатый космический аппарат, повинуясь программе, устремлялся «домой».

Космический самолётик был небольшой и весил почти как автомобиль – меньше 1,5 т. Двигатели, топливо, ЭВМ и системы автоматики и навигации – вот всё, что удалось разместить в 3-метровом фюзеляже. Места для шасси уже не оставалось. Да и зачем? Чтобы при посадке не повредить испытываемые образцы теплозащиты, было принято решение сажать БОР на воду. Для мягкого приводнения было достаточно небольшого парашюта.

Все понимали, что из соображений секретности сажать аппарат нужно во внутренний водоём. По траектории полёта это было либо Чёрное море, либо озеро Балхаш. Но всё было впервые. Мы ещё никогда не спускали крылатые корабли с орбиты. И проектанты систем управления и навигации, несмотря на всю проделанную ранее работу, не давали 100 % гарантии попадания в эти водоёмы. Поэтому было принято решение сажать первые ракетопланы в акваторию Индийского океана, куда и захочешь не промахнёшься. Трасса первых двух полётов была согласована и с главным конструктором НПО «Молния» Г. Е. Лозино-Лозинским, чьё 100-летие со дня рождения мы отметили в 2009 г. Большая работа по оснащению трассы полёта корабельными и наземными измерительными средствами в акватории Мирового океана, а также на территории СССР и других стран была проведена В. В. Тищенко, В. В. Мигалиным, А. М. Шульгиным, В. Ш. Великовским, работавшими под руководством Г. П. Владычина.

Так, например, в Евпатории был организован пункт управления экспериментом, где в процессе полёта собиралась вся информация. По телеметрии конструкторы и учёные получали информацию от акселерометров, датчиков угловых скоростей, термодатчиков, датчиков давления и датчиков положения консолей крыльев. Информация записывалась на борту и передавалась «пакетами» при проходе над двумя специальными измерительными судами, а при спуске – также и на наземный приёмный пункт. Эту работу выполняла под непосредственным руководством зам. председателя комиссии по проведению испытаний Г. П. Владычина большая группа сотрудников ЛИИ: В. В. Тищенко, В. Н. Бызов, Е. Н. Арсеньев, Ю. Ф. Быков, А. Я. Колесников и др.

И вот наступил день первого пуска – 4 июня 1982 г. Подготовка к запуску на полигоне Капустин Яр проводилась под руководством зам. начальника отделения 7 ЛИИ С.С. Юданова большой группой работников ЛИИ и предприятий-смежников.

Чтобы не дразнить широкую общественность, ТАСС сухо сообщил об очередном запуске спутника «Космос-1374» в целях продолжения космических исследований. Но для пристально следящих за нами в годы холодной войны стран Запада это сообщение было лишь подтверждением «секрета Полишинеля»: русские делают крылатый космический самолёт. Иначе как ещё объяснить своеобразную траекторию полёта этого аппарата?

Да и скрыть от глаз вездесущей разведки целую флотилию из семи кораблей Военно-морского флота СССР, стоящих у берегов Австралии, также было сложно. Корабли заранее выдвинулись в район предполагаемого приводнения посланца из космоса, чем не мог не заинтересоваться ВМФ Австралии.

Для связи с «Космосом-1374» (читай БОР-4) были привлечены корабли слежения «Космонавт Пацаев», «Космонавт Добровольский» и «Чумикан».

Совершив 1,25 витка по орбите, первый БОР-4 вошёл в атмосферу вблизи берегов Индии. Спланировав в огненной плазме до высоты 4 км, он выпустил парашют и плавно лёг на волны Индийского океана. Конус навигационного маяка на спине аппарата радировал в эфир о местоположении – 560 км от архипелага Кокосовых островов. Координаты посадки расходились с расчётными почти на 200 км (!). Генерал Г. В. Лексин, осуществлявший связь с пунктом управления, разряжая обстановку, обратился к управленцам: «Ну дайте, пожалуйста, другие координаты посадки. Что вам, жалко, что ли?» Но вот пришло сообщение об обнаружении изделия поисковыми кораблями – и навстречу космическому скитальцу устремились все, кому это было интересно. Несмотря на суточный переход к месту приводнения, ранним утром наши корабли выловили из воды секретный аппарат, оставив австралийские ВМС ни с чем. Прецедент всё же был налицо, и Г. С. Титов, как и в первый раз, предложил местом посадки Чёрное море, обратившись прямо в Военно-промышленную комиссию (ВПК): «Считаю, что велика вероятность перехвата американцами…» Но снова его доводы остались без внимания.

Ко второму полёту («Космос-1445», 16 марта 1983 г.) наученные горьким опытом австралийцы были уже подготовлены. Как только наши корабли ВМС в сопровождении судов АН СССР «Космонавт Волков» и «Космонавт Беляев» устремились в район посадки очередного БОРа в 556 км южнее Кокосовых островов, патрульные самолёты Р-3С «Орион» королевских австралийских ВВС ни на минуту не оставляли их без присмотра, сменяя друг друга. А к моменту вылавливания космического самолёта из вод океана в районе приводнения находились уже корабли и вертолёты ВМС Австралии. Вертолёты и патрульные самолёты кружили над самыми головами наших моряков и специалистов. Они детально отсняли весь процесс вылавливания и подъёма космолёта на палубу судна «Петропавловск». Австралийский «Орион» летал так низко над палубой, что турбулентный след, образующийся за самолётом, чуть ли не сбивал людей с ног. Фотографии, сделанные австралийцами, были опубликованы во многих изданиях западной прессы, дав богатую почву для журналистских «уток» и обильную пищу для ума специалистам (рис. 3, 4).

Эти события, а также показавшая свою надёжность система управления, позволили перенести зону приводнения последующих испытаний в Чёрное море. 27 декабря 1983 г. совершил свой орбитальный полёт «Космос-1517», а 19 декабря 1984 г. – «Космос-1614». Космолёты приземлялись западнее Севастополя. К сожалению, одну из двух «летающих лабораторий» найти не удалось.

Тем не менее, планировавшийся пятый запуск БОР-4 не понадобился. Космическо-морская эпопея испытаний беспилотных ракетопланов БОР-4 дала массу полезной информации. Были получены данные о поведении элементов многоразового ТЗП в условиях планирующего полёта в атмосфере по траектории, близкой к траектории спуска ОК «Буран», а значит, подтверждена работоспособность системы предложенной теплозащиты. Удалось выявить существенное уменьшение нагрева конструкции благодаря каталитической нейтральности поверхности аппарата. Это позволило уменьшить толщину покрытия, а значит, и массу будущего ОК «Буран». Полученные реальные характеристики подтвердили правильность методики пересчёта результатов трубных продувок на натурные условия.

Проведённые испытания позволили решить и другие конструктивные вопросы. Так, например, поскольку использовать на аппаратах БОР традиционные самолётные антенны было невозможно, потребовалась разработка антенн с теплозащитным покрытием. В этой работе наряду с ЛИИ приняли участие институты Министерства высшего образования СССР. Такая кооперация сыграла большую роль в решении принципиальных проблем, связанных с вопросами влияния ТЗП, температуры и давления на характеристики настройки и излучения антенн, и в результате привела к созданию малогабаритных конформных антенн, новизна которых защищена авторскими свидетельствами. Научно-техническое руководство этими работами осуществляла начальник сектора антенной лабораторией ЛИИ Р. Б. Горбунова. В работы по данному направлению существенный вклад также внесли её сотрудники

В. К. Чернявская, Г. К. Вязникова и Б. Н. Коркин. Задел, полученный при разработке антенн для моделей БОР-3 и БОР-4, позволил обеспечить и успешные запуски пятой модификации изделия БОР, которая и открыла дорогу для успешного осуществления космического полёта многоразовой космической системы «Буран».

Виталий Лебедев, председатель секции истории авиации и космонавтики Санкт-Петербургского отделения Национального комитета по истории и философии науки и техники РАН

Партнеры