Pomysł rakietowego kosmolotu zdolnego do wznoszenia się na orbitę i powrotu na Ziemię jak samolot pojawił się kilkadziesiąt lat temu. Z czasem jego rozwój doprowadził do tzw. samoloty orbitalne, w tym te, które znalazły praktyczne zastosowanie. Jednak do pewnego czasu praca w tym obszarze nie mogła dać oczekiwanych rezultatów. Wiodące kraje świata opracowały kilka projektów samolotów kosmicznych, ale nie posunęły się dalej niż testowanie sprzętu eksperymentalnego.
Należy zauważyć, że wszystkie wczesne osiągnięcia ZSRR i USA w dziedzinie samolotów kosmicznych, chociaż nie doprowadziły do powstania i działania całkowicie nowej technologii, nadal nie były bezużyteczne. Z ich pomocą specjaliści z wielu instytucji naukowych i projektowych zdołali zdobyć niezbędne doświadczenie, przeprowadzić szereg badań i eksperymentów oraz określić dalsze sposoby rozwoju technologii kosmicznej. Na podstawie nowych technologii i osiągnięć wkrótce powstały prawdziwe próbki samolotów kosmicznych o pożądanych cechach.
X-20 DynaSoar
Pierwszym pełnoprawnym projektem kosmicznym, który miał szansę trafić do lotów testowych, jest amerykański X-20 DynaSoar. Prace nad tym programem rozpoczęły się jesienią 1957 roku - zaledwie kilka dni po wystrzeleniu pierwszego sztucznego satelity Ziemi, wyprodukowanego w ZSRR. Kierownictwo wojskowe i polityczne, a także szefowie amerykańskiego przemysłu lotniczego i kosmicznego doszli do wniosku, że konieczne jest stworzenie własnych systemów kosmicznych, w tym nadających się do użytku wojskowego.
Samolot kosmiczny X-20 DynoSoar wkracza w atmosferę. Rysunek NASA
W połowie grudnia w NACA odbyła się konferencja na temat sposobów rozwoju technologii rakietowej i kosmicznej. Omówiono trzy główne typy statków kosmicznych do transportu ludzi lub ładunku: kapsułę wystrzeliwaną na orbitę za pomocą rakiety nośnej i powracającą po trajektorii balistycznej; orbiter typu Lifting Body, zdolny do wykonywania niektórych manewrów; a także pełnoprawny orbitalny samolot kosmiczny. Na podstawie wyników dyskusji postanowiono opracować koncepcje „balistycznej” kapsuły i kosmolotu.
Pod koniec roku Dowództwo Badawczo-Rozwojowe Sił Powietrznych USA uruchomiło nowy program o kodzie DynaSoar (skrót od Dynamic Soaring – „dynamiczne planowanie”), w którym zaplanowano opracowanie kosmolotu. Rozpoczęło się tworzenie wymagań dla przyszłego statku kosmicznego, a także zbieranie wniosków o udział w programie. Do BBC wpłynęło łącznie ponad sto propozycji, ale w programie zaangażowanych było tylko 10 firm, z których część zdecydowała się na współpracę.
Wczesną wiosną 1958 roku Siły Powietrzne zapoznały się z kilkunastoma wstępnymi projektami systemu DynaSoar. Firmy deweloperskie przyjęły różne podejścia i wdrożyły różne koncepcje. Jednocześnie znaczna część projektów wykazywała pewne podobieństwo. Przewidywali budowę naddźwiękowego samolotu rakietowego, który miał być połączony z rakietą nośną. Różnice dotyczyły konstrukcji samolotu, składu systemów pokładowych i architektury pojazdu startowego. Siły Powietrzne uznały projekty z grup firm Boeing-Vought i Bell-Martin za najlepsze opcje. To oni zostali rozwinięci.
Rozdzielenie rakiety nośnej i kosmolotu. Rysunek NASA
Równolegle z poszukiwaniem zwycięzców konkursu wojsko negocjowało z NACA: organizacja ta miała zapewnić wydarzenia naukowe i praktyczne. Odpowiednia umowa pojawiła się późną jesienią 1958 roku. Następnie Agencja Badań i Rozwoju oraz firmy z branży lotniczej współpracowały pod kierownictwem Sił Powietrznych. Do tego czasu zdecydowano się przeprowadzić program w kilku etapach – od badań po budowę i testy bojowej wersji kosmolotu.
W 1959 roku obie grupy firm prowadziły różne działania badawczo-rozwojowe. W tym okresie klient kilkakrotnie zmieniał wymagania dotyczące kosmolotu. Na początku listopada Siły Powietrzne wyłoniły zwycięzcę konkursu. Najlepszą wersję projektu zaproponowali Boeing i Vought. Ciekawe, że do tego czasu ta ostatnia mocno ograniczyła swój udział w projekcie – odpowiadała tylko za kilka jednostek przyszłego aparatu. Martin był również zaangażowany w projekt, który miał opracować wymagany pojazd startowy.
Prace nad przyszłym prototypem kosmolotu rozpoczęły się pod koniec 1959 roku. Ten etap prac został oznaczony jako Faza Alfa. Opracowanie wyglądu kosmolotu o roboczym oznaczeniu X-20 doprowadziło do konkretnych wyników. W związku z tym projekt produktu ulegał ciągłym zmianom i oddalał się coraz dalej od podstawowej wersji. Równolegle prowadzono opracowanie harmonogramu budowy i testów. Od pewnego czasu klient i deweloper planowali przeprowadzić dwa tuziny lotów testowych - i to tylko w ramach pierwszych faz.
Model aparatu X-20. Zdjęcia Boeinga
W połowie 1961 r. uczestnicy programu ustalili ostateczny wygląd przyszłego kompleksu rakietowo-kosmicznego. Oprócz samego statku kosmicznego naddźwiękowego uwzględniono w nim specjalnie zmodyfikowany pojazd startowy Titan IIIC. Zamiast sceny z ładunkiem zaproponowano zainstalowanie na niej produktu DynaSoar. Trzystopniowa rakieta mogła być również wyposażona w specjalny czwarty stopień. Jednostka ta miała pozostać w kosmolocie, rozwiązując niektóre problemy.
Projekt X-20 zakładał budowę średniej wielkości samolotu kosmicznego o charakterystycznym wyglądzie. Za optymalne uznano nisko położone skrzydło delta, powyżej którego znajdował się kadłub ze spiczastym dziobem i parą bocznych stępek. Zaproponowano wykonanie płatowca z żaroodpornych stopów stali i pokrycie specjalnymi płytami ceramicznymi. Zastosowano również zasadę chłodzenia obudowy za pomocą wewnętrznych radiatorów z cieczą. Wewnątrz kadłuba znajdował się jednoosobowy kokpit, a także silnik rakietowy na paliwo płynne i inne niezbędne urządzenia. Długość pojazdu nie przekraczała 11 m, rozpiętość skrzydeł nie przekraczała 6,5 m. Jego masa własna wynosiła 5,16 ton.
Zgodnie z ówczesnymi propozycjami pociski kierowane mogłyby zostać umieszczone w ładowni X-20, aby atakować cele na orbicie lub na Ziemi. Ponadto nie wykluczono użycia bomb spadających swobodnie. O ile wiadomo, rozwój specjalistycznych rakiet kosmos-kosmos i kosmos-ziemia nie wyszedł jeszcze poza wstępny etap badań.
Pilot testowy w kokpicie symulatora naziemnego. Zdjęcia Boeinga
We wrześniu 1961 roku Boeing zaprezentował klientowi pełnowymiarowy model kosmolotu. Jego aprobata otworzy drogę dla projektu do zbudowania pełnoprawnego prototypu. Trwały również przygotowania do testów: NASA i Siły Powietrzne rozpoczęły rekrutację pilotów do udziału w przyszłych testach. Do specjalnej grupy wybrano sześciu pilotów. Musieli wykonać co najmniej dziewięć lotów orbitalnych.
Plany te jednak nie zostały zrealizowane. Już w październiku 1961 roku, w związku z pojawieniem się konkurencyjnych programów kosmicznych, zaproponowano plan obniżenia kosztów projektu X-20 DynaSoar. Dokument ten przewidywał zmniejszenie liczby lotów testowych i uproszczenie programów lotów. Z tego powodu koszt testów miał zostać zmniejszony do 920 milionów dolarów i ukończony do 1967 roku. Ciekawe, że jeden z równoległych programów kosmicznych w tym samym okresie został poddany tak ostrej krytyce, że został po prostu zamknięty.
Jednak na tym tle nie było powodów do radości. Już w lutym przyszłego roku program DynaSoar został przeniesiony do kategorii badawczej, co spowodowane było problemami z opracowaniem kosmolotu i rakiety do niego. Ponadto pojawiły się trudności w pozyskiwaniu finansowania i organizacji pracy. W październiku pojawiła się nowa wersja harmonogramu programu, ponownie przewidująca redukcję wydatków.
Układ DynaSoar i jego twórcy z Boeinga. Zdjęcia Boeinga
W 1963 roku projekt DynaSoar zmierzył się z nowym konkurentem w postaci statku kosmicznego Gemini. Pentagon porównał te dwa wydarzenia i próbował ustalić, który z nich jest bardziej interesujący z militarnego punktu widzenia. Po tym nastąpiły spory w departamencie wojskowym, na tle których pojawiły się pogłoski o zakończeniu prac nad X-20. Jednak wiosną Boeing otrzymał nowy kontrakt na kontynuację prac rozwojowych. Równolegle kontynuowano dyskusje na temat przyszłego finansowania i testowania.
20 grudnia 1963 r. sekretarz obrony Robert McNamara nakazał zakończenie programu DynaSoar na rzecz projektu ASSET, z odpowiednim przekierowaniem finansowania. Według doniesień w tym czasie na program DynaSoar wydano 410 milionów dolarów. Pierwszy lot wymagał porównywalnych sum i kilku kolejnych lat pracy. Na projekt nie przydzielono jednak niezbędnego czasu i pieniędzy.
Spirala
Podczas gdy amerykańska nauka próbowała stworzyć samolot kosmiczny, radzieccy specjaliści kontynuowali rozwój statków kapsułowych ze spadkiem balistycznym i odnieśli duże sukcesy w tej sprawie. Jednak już kilka lat później w naszym kraju rozpoczęły się prace nad stworzeniem samolotu orbitalnego. Krajowy projekt systemu lotniczego został nazwany „Spirala”.
Model systemu lotniczego Spiral w konfiguracji do startu. Zdjęcia Epizodsspace.airbase.ru
Wiadomo, że jednym z powodów pojawienia się motywu „Spirala” były informacje o amerykańskich planach stworzenia kosmolotów, czyli projekcie DynaSoar. Jednocześnie można zauważyć, że dalszy rozwój astronautyki mógł przebiegać na różne sposoby, m.in. poprzez tworzenie kosmolotów. Tak więc „Spirala”, choć powstała z myślą o zagranicznych próbkach, można uznać za całkowicie własny projekt oparty na oryginalnych pomysłach.
Gotową koncepcję systemu, łączącą idee samolotu rakietowego i statku kosmicznego, zaproponował w 1964 r. 30 Centralny Instytut Badawczy Wojsk Lotniczych. Ta propozycja zainteresowała liderów przemysłu lotniczego, aw 1965 roku pojawiło się odpowiednie zamówienie. Zgodnie z nim A. I. Mikojan miał opracować projekt obiecującego systemu lotniczego o kodzie „Spirala”. Prace nad tym tematem rozpoczęły się w 1966 roku pod kierownictwem projektanta G. E. Łozino-Łoziński.
30. Centralny Instytut Badawczy wykonał znaczną część prac, co znacznie uprościło zadanie Mikojańskiego Biura Projektowego. Specjaliści Instytutu ukształtowali architekturę przyszłego kompleksu, określili jego cechy i możliwości. Dzięki temu projektanci samolotów musieli jedynie prowadzić prace rozwojowe. Takie podejście dało pewne korzyści. Tak więc, zgodnie z planami z połowy lat sześćdziesiątych, pierwszy lot „spirali” mógł się odbyć już na początku przyszłej dekady.
Spiralny profil lotu. Rysunek Epizodsspace.airbase.ru
System Spiral został oparty na specjalnym samolocie pomocniczym 50-50 o charakterystycznym wyglądzie. Miał mieć skośne skrzydło i zestaw silników odrzutowych o wysokim ciągu. W górnej części maszyny przewidziano platformę do montażu kosmolotu orbitalnego z górnym stopniem. Zgodnie z podstawową koncepcją booster miał wznieść się na wysokość 30 km i rozwinąć prędkość około M=6. Całkowita długość takiej maszyny osiągnęła 38 m przy rozpiętości skrzydeł 16,5 m. Masa startowa całego systemu lotniczego wynosi 52 tony.
Ładowność akceleratora „50-50” stanowiła tzw. samolot orbitalny ze wzmacniaczem rakietowym. Proponowano budowę kosmolotu według schematu z kadłubem nośnym, w którym dolną częścią maszyny był samolot skrzydłowy. Sam kadłub miał trójkątny kształt o zmiennym przekroju. Po bokach samochodu znajdowała się para samolotów zawalonych na boki. Na kadłubie przewidziano stępkę. Zaproponowano wykonanie szybowca ze stali żaroodpornych; okładzina otrzymała specjalną powłokę ceramiczną. Według obliczeń na niektórych etapach lotu nos kadłuba musiał się rozgrzać do 1600°C, co wymagało odpowiedniej ochrony.
Samolot orbitalny „50” miał być wyposażony w silniki podtrzymujące i sterowe. Przy masie 8 ton mógł udźwignąć ładowność co najmniej 500 kg. Rozważano możliwość stworzenia orbitalnego myśliwca przechwytującego i rozpoznania. Ponadto powstał projekt bombowca kosmicznego, który mógł przewozić 2 tony ładunku. Dzięki samolotowi startowemu i blokowi rakietowemu samolot Spirali mógł wznosić się na orbity o wysokości co najmniej 150 km.
Samolot orbitalny „50”. Rysunek Buran.ru
Do końca dekady Biuro Projektowe Mikoyan zakończyło większość prac teoretycznych i przygotowało sprzęt do pierwszych testów praktycznych. W lipcu 1969 r. uruchomiono eksperymentalny aparat BOR-1 („Bezzałogowy samolot rakietowy orbitalny, pierwszy”) o uproszczonej konstrukcji. Szybowiec tekstolitowy w skali 1:3 za pomocą zmodyfikowanej rakiety R-12 został sprowadzony na trajektorię suborbitalną. Produkt wypalił się w atmosferze, ale pozwolił na zebranie pewnych danych. W grudniu tego samego roku uruchomiono aparat BOR-2 o innej konstrukcji i konfiguracji. W locie systemy sterowania zawiodły, a prototyp spłonął.
Od lipca 1970 do lutego 1972 przeprowadzono trzy kolejne starty prototypów BOR-2. Dwa zakończyły się sukcesem, jeden porażką. W latach 1973 i 1974 przeprowadzono dwa testy ulepszonych produktów BOR-3. W obu przypadkach wypadki miały miejsce z różnych przyczyn. Mimo szeregu wypadków i niedociągnięć testy produktów z rodziny BOR dostarczyły dużej ilości informacji.
Już po uruchomieniu projektu BOR wydano nakaz zakończenia prac nad tematem „Spirala”. Kierownictwo kraju postanowiło skierować siły przemysłu w innych kierunkach. Jednak już w 1974 r. program został wznowiony i wkrótce uzyskano nowe wyniki. Za najnowsze osiągnięcie w tworzeniu systemu lotniczego „Spirala” można uznać samolot analogowy „105.11”, a także orbitery BOR-4 i BOR-5.
Jeden z prototypów BOR-3. Zdjęcia Buran.ru
"105.11" / MiG-105 był przybliżoną kopią samolotu orbitalnego "Spiral", ale mógł latać tylko w atmosferze i z prędkością poddźwiękową. Ta maszyna była przeznaczona do ćwiczenia opadania i poziomego lądowania samolotów kosmicznych. 11 października 1976 r. odbył się pierwszy lot „105.11”. Samochód został doprowadzony na zadaną wysokość i kurs samolotem lotniskowym Tu-95. Ponadto makieta została zrzucona i po zejściu wylądowała. Odbyło się siedem lotów, po których testy przerwano z powodu awarii prototypu.
W połowie lat siedemdziesiątych pojawiło się techniczne zadanie stworzenia obiecującego systemu kosmicznego wielokrotnego użytku - przyszłego kompleksu Energia-Buran. Przez kilka lat zwolennicy Spiral i Buran kłócili się ze sobą i próbowali bronić swojej strony, ale wkrótce sprawa została rozwiązana na najwyższym szczeblu. Postanowiono ograniczyć motyw spirali na rzecz mniej odważnego, ale obiecującego Burana. Jednocześnie w nowym projekcie planowano wykorzystać szereg rozwiązań Biura Projektowego Mikoyan i powiązanych przedsiębiorstw.
Na początku lat osiemdziesiątych w interesie projektu Buran miało miejsce kilka startów orbiterów BOR o numerach od „4” do „6”. Ich zadaniem było przetestowanie ochrony termicznej przyszłego samolotu kosmicznego i rozwiązanie innych problemów. Wszystkie te eksperymenty przyczyniły się do dalszych prac nad „Buranem”. Co ważne, zachowało się kilka prototypów używanych w dwóch programach systemów lotniczych i znajdują się one obecnie w muzeach.
Sukcesy i porażki
Od końca lat pięćdziesiątych dwa wiodące kraje świata, rozwijając swoje programy kosmiczne, opracowały kilka śmiałych projektów kosmolotów. Jednak z wielu różnych powodów projekty te nie były w stanie zajść zbyt daleko. W najlepszym razie chodziło tylko o testowanie urządzeń analogowych.
Doświadczony MiG-105 w Muzeum Sił Powietrznych. Zdjęcia Wikimedia Commons
Projekt X-20 DynaSoar został zamknięty z powodu licznych problemów technicznych, organizacyjnych i innych, które wynikały z ogromnej złożoności zadania technicznego. Projektantom i naukowcom udało się rozwiązać szereg ważnych problemów, ale te rozwiązania nie zostały przetestowane w praktyce przy użyciu pełnoprawnego eksperymentalnego samolotu kosmicznego. Jednak wiele pomysłów i technologii stworzonych dla pierwszego amerykańskiego samolotu kosmicznego zostało później wykorzystanych w nowych projektach. Głównym rezultatem tego wszystkiego był kompleks Systemu Transportu Kosmicznego i jego główny element - statek kosmiczny wielokrotnego użytku promu kosmicznego.
Inna była historia sowieckiego projektu „Spirala” i jego ukończenia. Pojawił się jako rodzaj odpowiedzi na rozwój zagraniczny, ale jednocześnie rozwijał się inaczej. Ponadto okazało się, że odniósł większy sukces: sztuczna inteligencja. Mikojan przeprowadził niezbędne testy, w tym z lotami suborbitalnymi. Głównym powodem odrzucenia „Spirala” było pojawienie się alternatywnych propozycji i projektów. Jednocześnie rozwój programu natychmiast znalazł miejsce w obiecujących projektach, a także w niektórych eksperymentalnych produktach. W rzeczywistości jeden projekt natychmiast „połączył się” z drugim i zapewnił jego rozwój.
Nie od dziś wiadomo, że odważne projekty, które dają początek nowym kierunkom, nie zawsze przynoszą pożądane rezultaty. Niemniej z ich pomocą specjaliści zbierają niezbędne dane i zdobywają cenne doświadczenie, które następnie można wykorzystać przy tworzeniu nowych projektów. To właśnie staje się głównym rezultatem programów, które na pierwszy rzut oka nie są zbyt udane. Jednak w przypadku DynaSoar i Spiral sytuacja wygląda bardziej skomplikowanie. Tylko jedna wersja kosmolotu, stworzona na podstawie ich doświadczenia, osiągnęła pełną eksploatację, a nawet ta przeszła już na emeryturę.
