W ostatnich latach rozwój prywatnych firm działających w branży lotniczej wzbudził szczególne zainteresowanie specjalistów i opinii publicznej. Szereg zagranicznych organizacji tego typu przedstawiło już kilka różnych projektów różnych klas o różnych cechach. Podobne organizacje działają również w naszym kraju. Do tej pory przedstawiono kilka nowych osiągnięć w tym obszarze. W ten sposób firma Lin Industrial przedstawiła projekt systemu lotniczego Vyuga.
Projekt systemu lotniczego Vyuga (AKS) został opracowany przez moskiewską firmę Lin Industrial, współpracującą z Fundacją Skolkovo, na prośbę nienazwanego klienta. Celem projektu było wypracowanie wyglądu dwustopniowego systemu wielokrotnego użytku przeznaczonego do umieszczania na orbicie ludzi i różnych ładunków. Jednocześnie, ze względu na ograniczoną nośność systemu, za główne zadanie uważa się realizację różnych badań naukowych itp. Ponadto nie wyklucza się militarnego wykorzystania systemu w celu prowadzenia rozpoznania lub jako nośnika broni precyzyjnej.
W proponowanej formie system „Blizzard” ma szereg charakterystycznych zalet. Zapewnia pełne ponowne wykorzystanie wszystkich elementów systemu, wykorzystanie istniejącego samolotu przewoźnika, możliwość umieszczenia ładunku na orbitach w szerokim zakresie nachylenia, a także bezpieczeństwo środowiskowe. Ponadto wykorzystanie samolotu przewoźnika umożliwia wypuszczanie ładunków z różnych regionów planety, w tym startujących z terytorium kraju klienta.
Ogólny widok AKS „Blizzard” przed startem
Projekt Vyuga AKS zakłada wykorzystanie kompleksu składającego się z trzech głównych komponentów. Głównym elementem zapewniającym wykonanie reszty jest samolot transportowy z kompletem mocowań do transportu reszty wyposażenia. Proponuje się również zastosowanie pierwszego stopnia z silnikami rakietowymi, który odpowiada za przyspieszenie tzw. etap orbitalny. Ten ostatni to aparat zdolny do latania zarówno w atmosferze, jak i poza nią. Wszystkie elementy kompleksu „Blizzard” muszą mieć możliwość powrotu do bazy.
Według programisty organizacji, tworzenie Vyuga AKS rozpoczęło się od zbadania dostępnych możliwości i określenia parametrów wymaganego sprzętu. Tak więc ładowność kompleksu została określona na poziomie 450 kg, doprowadzona do niskiego obciążenia zbliżonego do ziemi. Należy zauważyć, że satelity technologiczne typu „Photon” mają podobne parametry nośności. Następnie, biorąc pod uwagę obliczenia dla różnych elementów kompleksu, określono zakres potencjalnych nośników systemu.
Postanowiono zrezygnować z wojskowych samolotów transportowych An-124 „Rusłan” i An-225 „Mriya” ze względu na nadmierną nośność. Transportowiec rakietowy Tu-160 nie pasował ze względu na niewielką liczbę istniejących pojazdów tego typu. W rezultacie uwzględniono tylko samoloty M-55X Geofizika, MiG-31 i Ił-76. Dalsze obliczenia wykazały, że Geofizika i MiG-31 nie mogą być używane jako samoloty wspomagające dla systemu lotniczego. Samoloty te mają wysoki pułap praktyczny, ale mają niewystarczającą ładowność. Przy ich użyciu ładowność "Blizzarda" nie mogła przekraczać 50-60 kg, co nie odpowiadało pierwotnym obliczeniom.
Schemat montażu
Tak więc jedynym odpowiednim nośnikiem dla systemu był wojskowy samolot transportowy Ił-76. Jednak nawet w tym przypadku nie wszystkie cechy konstrukcyjne umożliwiły zastosowanie techniki bez żadnych modyfikacji. Obliczenia wykazały, że do transportu i startu silników startowych i orbitalnych samolot potrzebuje wzmocnienia konstrukcyjnego i instalacji nowego sprzętu. Takie modyfikacje pozwoliły w pełni zrealizować istniejące zalety w postaci wysokiej nośności, a także zrekompensować istniejące straty wysokości w porównaniu z innymi potencjalnymi nośnikami.
Projekt „Blizzard” w obecnej formie przewiduje modernizację samolotu Ił-76 z wykorzystaniem kilku nowych jednostek. W centralnej części przedziału ładunkowego samolotu proponuje się zamontowanie specjalnej kratownicy nośnej, która przenosi ciężar systemów rakietowych na elementy napędowe samolotu. Produkt ten to ażurowa konstrukcja o długości 12,9 m, szerokości 3,3 m i wysokości 2,7 m z wystającymi elementami w górnej części, które wystają poza kadłub. Początkowo proponowano wykonanie kratownicy z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem węglowym, ale później, ze względu na wytrzymałość, projekt zmieniono. Produkt powinien teraz składać się z elementów tytanowych o średnicy 85 mm. W tym przypadku masa kratownicy wynosi 6, 2 t. Możliwe jest pewne uproszczenie konstrukcji poprzez zmniejszenie grubości części dolnej części kratownicy.
Po zainstalowaniu kratownicy na samolocie, na górnej powierzchni jego kadłuba pojawia się kilka węzłów do dokowania z pierwszym stopniem systemu rakietowego. Z ich pomocą proponuje się połączenie samolotu przewoźnika z innymi elementami kompleksu. Wierzchowce muszą mieć systemy sterowania, które pozwolą na wypuszczenie systemów rakietowych w wymaganym momencie.
Na podstawie wyników wstępnych prac projektowych i badań z wykorzystaniem modelowania komputerowego konstruktorzy „Lin Industrial” stworzyli ogólny wygląd pierwszego etapu AKS „Vyuga”. Ten produkt powinien być stosunkowo dużym samolotem o napędzie rakietowym, zaprojektowanym do przyspieszania etapu orbitalnego po oddzieleniu od samolotu wspomagającego. Takie metody aplikacji doprowadziły do konieczności opracowania niektórych cech konstrukcyjnych. W szczególności konieczne było opracowanie skrzydła i stabilizatora przeznaczonego do chowania systemu rakietowego z lotniskowców po oddzieleniu.
Projekt kratownicy zaproponowany do instalacji na samolocie wspomagającym
Proponowany jest dość prosty projekt pierwszego etapu. Wszystkie główne jednostki tej techniki muszą być zamontowane na wydłużonej kratownicy, która jest podstawą konstrukcji. Na szczycie kratownicy proponuje się zamontować zbiorniki paliwa i utleniacza, za którymi powinien znajdować się silnik. W tym przypadku tylny zbiornik, w przeciwieństwie do przedniego, musi mieć bardziej złożony kształt, który jest niezbędny do prawidłowego umieszczenia stopnia orbitalnego. W dolnej części kratownicy znajdują się mocowania do samolotów. Ze względu na przewidywane naprężenia mechaniczne i termiczne, pierwszy stopień powinien otrzymać ochronę termiczną od dolnej części kadłuba.
Do lotu w atmosferze zaraz po oderwaniu się od lotniskowca i podczas lądowania, pierwszy etap „Blizzarda” musi użyć zestawu różnych samolotów. Proponuje się zamontowanie dolnopłata w centralnej części kadłuba. Opracowano również dwupłetwy ogon ze stosunkowo małymi stabilizatorami. Proponuje się zamontowanie podwozia wewnątrz płatowca, co jest niezbędne do powrotu pierwszego stopnia na wymagane lotnisko.
Do tej pory poinformowano, że ukształtował się kształt jednego z głównych elementów pierwszego etapu, zbiornika utleniacza. Wyrobowi temu postawiono wysokie wymagania w zakresie wytrzymałości, objętości, szczelności i innych parametrów, aż do potrzeby maksymalnej produkcji napełnianego płynu. Uwzględniając te wymagania oraz charakterystykę ciekłego tlenu określono ogólną konstrukcję zbiornika. Cylindryczna powierzchnia boczna zbiornika powinna być wykonana z włókna węglowego ze spoiwem epoksydowym, a także otrzymać wewnętrzną powłokę w postaci folii PMF-352. To ostatnie jest konieczne, aby zmniejszyć negatywny wpływ niskotemperaturowego utleniacza na części kompozytowe. Ramki i dna wklejane w część kompozytową proponuje się wykonać ze stopu aluminiowo-magnezowego. Wewnątrz zbiornika należy zamontować przegrody, rurociągi i inne niezbędne części.
Ogólny widok pierwszego etapu
Proponuje się zamontowanie jednokomorowego silnika rakietowego na paliwo ciekłe o wymaganej charakterystyce w części ogonowej pierwszego stopnia. Elektrownia, wykorzystująca naftę i ciekły tlen, powinna wykazywać prędkość wypływu gazu na poziomie 3,4 km/s, co pozwoli na osiągnięcie wymaganych parametrów ciągu. Prędkość projektowa pierwszego etapu wynosi około 4720 m/s.
Przy całkowitej długości 17,45 m pierwszy stopień Vyuga AKS powinien mieć suchą masę 3,94 t, a pełną masę startową 30,4 t. Większość masy początkowej to paliwo: 7050 kg paliwa i 19 210 kg utleniacza.
Do rufy kadłuba pierwszego stopnia proponuje się dołączyć tzw. etap orbitalny przeznaczony do transportu ładunku i wystrzelenia go na wymaganą trajektorię / orbitę. Charakterystyczne cechy działania takiego sprzętu doprowadziły do powstania niezwykłego rodzaju sceny. Orbitalny stopień „Blizzarda” powinien mieć opływowy kształt zewnętrznych elementów płatowca z ostrołukową górną częścią owiewki nosa i częścią bloku ogonowego zbliżoną do owalu. Dno z powłoką termoizolacyjną powinno mieć lekko zakrzywiony kształt.
W górnej części kadłuba sceny orbitalnej proponuje się umieścić przedział spadochronowy, przedział aparatury sterowniczej, za którym musi znajdować się duża objętość, aby pomieścić ładunek. Pod tymi przedziałami przewidziano miejsca do montażu kulistych i cylindrycznych zbiorników na komponenty paliwowe. Część ogonowa kadłuba umieszczona jest pod silnikiem. W górnej części kadłuba można zamontować klapy włazowe, przeznaczone do montażu ładunku w obudowie sceny, jak również do wyjmowania go na zewnątrz podczas wykonywania różnych prac. W szczególności taki właz może być wykorzystany do rozłożenia paneli słonecznych podczas używania statku kosmicznego w konfiguracji orbitalnej.
Opis pierwszego etapu
W obecnej formie projekt Vyuga zakłada budowę etapu orbitalnego o długości 5505 mm, szerokości 2604 mm i wysokości 1,5 m. Sucha masa etapu orbitalnego wynosi 950 kg. Ładowność - 450 kg. Razem z dostawą paliwa i utleniacza aparat powinien ważyć 4,8 t. Jednocześnie według obliczeń udział nafty wynosi 914 kg, a utleniacza 2486 kg. Prędkość produktu powinna wynosić do 4183 m/s.
Zasady korzystania z systemu lotniczego Vyuga wyglądają dość prosto i umożliwiają umieszczenie ładunku na wymaganej trajektorii lub na niskiej orbicie referencyjnej przy minimalnych koniecznych kosztach. W ramach przygotowań do zadania wymagany ładunek musi być zainstalowany w ładowni sceny orbitalnej. Aparatura ta jest następnie umieszczana na pierwszym stopniu, a cały system jest montowany na wspornikach samolotu startowego. Po napełnieniu zbiorników obu etapów naftą i ciekłym tlenem Vyuga AKS może rozpocząć pracę.
Pierwszy etap działania systemu wymaga prawidłowej pracy załogi lotniskowca. Ił-76 z elementami "Blizzarda" na kadłubie powinien wznieść się na wysokość 10 km i z pożądanym kursem przejść do obszaru startowego systemu rakietowego. Ponadto proponuje się rozprzęgnięcie, po czym pierwszy stopień powinien oddalić się od nośnika i włączyć silnik z płynem podtrzymującym. Z kolei samolot przewoźnika otrzymuje możliwość powrotu na swoje lotnisko. Dalszy lot odbywa się etapami samodzielnie i przy użyciu własnych systemów sterowania.
Pierwszy stopień ma zapas paliwa potrzebnego do pracy silnika przez 185 sekund. W tym czasie etap orbitalny jest przyspieszany wraz ze wznoszeniem się na określoną wysokość. Za pomocą pierwszego etapu Vyuga AKS powinien wznieść się na wysokość 96 km i doprowadzić etap orbitalny do wymaganej trajektorii. Po wyczerpaniu się paliwa stopień orbitalny jest opuszczany. Etap orbitalny nadal porusza się po określonej trajektorii, podczas gdy pierwszy musi przejść do planowania i obrać kurs na lądowisko. Zmniejszając i zwalniając prędkość, pierwszy stopień musi w końcu wylądować na istniejącym podwoziu metodą „samolotową”. Scena po wylądowaniu może zostać poddana niezbędnej konserwacji, co pozwala na jej ponowne użytkowanie.
Ogólny widok stopnia orbitalnego
Po separacji stopień orbitalny powinien zawierać własny silnik i wykonywać wyjście na daną orbitę. Przy pełnym obciążeniu silnik może pracować przez 334 sekundy przy wznoszeniu się na orbitę o wysokości 200 km. Po wejściu na orbitę o wymaganych parametrach ładunek w postaci aparatury naukowej lub innego sprzętu może rozpocząć pracę. Po wykonaniu przydzielonych zadań etap orbitalny może powrócić na Ziemię.
Do deorbitacji proponuje się zastosowanie impulsu hamowania, który przenosi stopień orbitalny na tor lądowania. Dzięki ochronie termicznej i opływowemu kadłubowi scena wchodzi w gęste warstwy atmosfery bez ryzyka i wychodzi na lądowisko. Na danej wysokości proponuje się otwarcie spadochronu, który odpowiada za miękkie lądowanie aparatu. Lądowanie „podobne do samolotu” nie jest przewidziane z przyczyn technicznych i operacyjnych. Po wylądowaniu technicy mogą rozpocząć pracę z ładunkiem. Ponadto planowane jest przeprowadzenie konserwacji etapu orbitalnego z późniejszym przygotowaniem do nowego lotu.
Podobny algorytm do korzystania z Vyuga AKS proponuje się do użytku naukowego. Ponadto rozważana jest możliwość wykorzystania takiej technologii w interesie sił zbrojnych. W takim przypadku system lotniczy, zamiast etapu orbitalnego, może otrzymać sprzęt bojowy o wymaganych właściwościach. Jednak dokładne parametry tej wersji kompleksu nie zostały jeszcze ustalone. W tej chwili rozważana jest tylko możliwość stworzenia bojowej wersji „Blizzarda” i określane są możliwe obszary jej zastosowania.
Wersja bojowa Vyuga AKS może być nośnikiem systemu uderzeniowego lub środkiem przechwytywania wrogiego statku kosmicznego. W tym ostatnim przypadku można uzyskać wysoką wydajność pracy bojowej, dzięki możliwości dość prostego rozmieszczenia sprzętu bojowego na orbitach o różnych parametrach. Jednak realizacja takich pomysłów może wiązać się z pewnymi trudnościami. Przede wszystkim trudności muszą być związane z ograniczeniami masy ładunku. Nawet całkowite zastąpienie etapu orbitalnego specjalnym systemem walki nie pozwoli na stworzenie produktu ważącego więcej niż kilka ton.
Stolik orbitalny, widok od dołu, nie pokazano od dołu. Biały to kadłub, niebieski to zbiorniki paliwa, czerwony to silnik, pomarańczowy to przedział spadochronowy, szary to przedział ładunkowy
Zaproponowana architektura systemu lotniczego pozwala na uzyskanie pewnych przewag nad innymi kompleksami o podobnym przeznaczeniu. Głównymi zaletami projektu Vyuga, które mogą dać znaczący pozytywny efekt ekonomiczny, jest wykorzystanie istniejących samolotów lotniskowców (niemniej wymagających zauważalnych modyfikacji) oraz zwrotnych stopni rakietowych. Możliwość wielokrotnego wykorzystania pierwszego i orbitalnego stopnia nakłada określone wymagania na ich konstrukcję, przede wszystkim na charakterystykę silników, ale może prowadzić do zauważalnego obniżenia kosztów poszczególnych startów.
Drugą charakterystyczną zaletą projektu jest brak „powiązania” z istniejącymi portami kosmicznymi. Wyrzutnią dla Vyuga AKS może być w rzeczywistości dowolne lotnisko zdolne do przyjmowania samolotów transportowych Ił-76 i posiadające określony zestaw sprzętu do pracy z systemami rakietowymi. Dzięki temu wystrzelenie ładunku na orbitę może odbywać się niemal z każdego miejsca na planecie. W rezultacie zapewnione jest stosunkowo proste wystrzelenie ładunku na orbitę o wymaganym nachyleniu.
Według dostępnych danych, obecnie projekt systemu lotniczego Vyuga firmy Lin Industrial pozostaje na etapie wstępnych badań. Określono ogólne cechy projektu, ale dokumentacja techniczna nie została jeszcze opracowana. Istnieją informacje, według których wstępna wersja projektu Vyuga nie uzyskała akceptacji klienta, który zainicjował jego rozwój, w wyniku czego pozostała bez finansowania. Według szacunków dewelopera pierwszy etap prac badawczych wymaga dofinansowania w wysokości 3,2 mln rubli. Dalsze prace będą wymagały nowych inwestycji. Jednocześnie szacunki dotyczące czasu i kosztów finansowych niezbędnych do realizacji projektu nie zostały jeszcze doprecyzowane.
Należy zauważyć, że projekt Vyuga AKS nie jest pierwszym takim krajowym opracowaniem w swojej klasie. Prace w tym kierunku w naszym kraju rozpoczęły się jeszcze w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku i były prowadzone przez kilka organizacji kierowanych przez OKB-155. Celem projektu Spiral było stworzenie kompleksu zdolnego do wykorzystania hipersonicznego samolotu wspomagającego, bloku wspomagającego itp. orbitujące samoloty, aby wystrzelić ładunek na orbitę. Gotowy kompleks „Spirala” mógł być wykorzystywany do różnych celów, przede wszystkim w wojsku.
Schemat wykorzystania systemu lotniczego Vyuga
Od końca lat sześćdziesiątych do połowy lat siedemdziesiątych zbudowano kilka prototypów obiecującej technologii, które wykorzystano w różnych testach. W szczególności pojazdy serii BOR wykonały kilka lotów suborbitalnych i orbitalnych. Do testów w atmosferze wykorzystano samolot MiG-105.11. Po zakończeniu testów prace nad projektem Spiral zostały zakończone. Klient uznał nowy projekt Energia-Buran za bardziej obiecujący. Niektóre prototypy zbudowane w ramach programu Spiral stały się później eksponatami muzealnymi.
Od początku lat osiemdziesiątych NPO Molniya rozwija projekt Wielozadaniowy System Lotniczy (MAKS). Zaproponowano włączenie do tego systemu lotniskowca An-225 i samolotu orbitalnego z dodatkowym zbiornikiem paliwa. W zależności od konfiguracji kompleks MAKS mógł dostarczyć na orbitę 7 lub 18 ton ładunku. Rozważano zarówno automatyczne wersje ładunkowe, jak i załogowe.
Ze względu na problemy początku lat dziewięćdziesiątych prace nad projektem MAKS zostały przerwane. Dopiero w 2012 roku pojawiły się doniesienia o możliwym wznowieniu prac i stworzeniu nowoczesnej wersji kompleksu. Ponadto wspomniano o możliwości sfinalizowania istniejącego projektu przy użyciu innych samolotów przewoźnika itp. O ile nam wiadomo, od tego czasu nie poczyniono żadnych szczególnych postępów w trakcie odnowionego projektu MAKS.
Prywatna firma rakietowo-kosmiczna „Lin Industrial” tworzy obecnie nową wersję obiecującego kompleksu lotniczego, zdolnego do rozwiązywania różnych problemów natury naukowej i nie tylko. Do tej pory opracowano ogólny wygląd systemu i określono jego główne cechy, charakterystyki itp. Jednak prace nie były jeszcze w stanie posunąć się dalej ze względu na brak funduszy. Czas pokaże, czy firma deweloperska znajdzie inwestora i czy będzie w stanie doprowadzić ciekawy projekt do praktycznej realizacji. Jeśli projekt AKS „Vyuga” zdoła przejść przynajmniej testy wraz z uruchomieniem etapu orbitalnego w kosmos, będzie to wielki sukces dla całego krajowego przemysłu kosmicznego, zarówno publicznego, jak i prywatnego. Daleko mu jednak do takiego sukcesu: projekt wciąż wymaga długiej kontynuacji rozwoju.
